相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本專利文件要求于2014年7月18日提交的題為“directwindenergygeneration”的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)no.62/026,561的權(quán)益和優(yōu)先權(quán)。上述專利申請(qǐng)的全部內(nèi)容通過引用并入本文，作為本申請(qǐng)的公開內(nèi)容的一部分。

本專利文件涉及從風(fēng)力產(chǎn)生能量的系統(tǒng)、裝置和過程。

背景技術(shù)：

風(fēng)力是風(fēng)能轉(zhuǎn)化為有用的能量形式。風(fēng)力轉(zhuǎn)換的一些示例使用風(fēng)力渦輪機(jī)來產(chǎn)生電力，用于機(jī)械動(dòng)力的風(fēng)車以及用于抽水或排水的風(fēng)力泵。正在使用風(fēng)力作為化石燃料的替代物，與化石燃料相比提供了若干優(yōu)點(diǎn)，包括作為能量源的可用性和可再生性，廣泛分布的能力，以及無溫室氣體或污染物排放等。為了進(jìn)一步采用風(fēng)力能源解決方案，需要可在本地水平上可縮放的新型系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

公開了用于風(fēng)力發(fā)電的技術(shù)、系統(tǒng)和裝置。

在一個(gè)方面，用于將風(fēng)力轉(zhuǎn)換成電力的風(fēng)力發(fā)電機(jī)包括：支撐基座；電感器線圈，以圓形陣列固定在支撐基座上方的位置；環(huán)形環(huán)軌道，固定到基座支撐件且配置為提供圓形軌道，電感器線圈的圓形陣列圍繞所述圓形軌道定位；滾子，放置在環(huán)形環(huán)軌道的圓形軌道中，以在圓形軌道中滾動(dòng)，以圍繞環(huán)形環(huán)軌道移動(dòng)；環(huán)形環(huán)轉(zhuǎn)子，放置在環(huán)形環(huán)軌道上并且接合到環(huán)形環(huán)軌道的圓形軌道中的滾子，使得環(huán)形環(huán)轉(zhuǎn)子可通過滾子在圓形軌道中的滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)的操作而相對(duì)于環(huán)形環(huán)軌道旋轉(zhuǎn)而在環(huán)形環(huán)轉(zhuǎn)子的中心沒有用于旋轉(zhuǎn)環(huán)形環(huán)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸，環(huán)形環(huán)轉(zhuǎn)子構(gòu)造為包括在環(huán)形環(huán)轉(zhuǎn)子的外周邊上彼此均勻間隔開的單獨(dú)的磁體，以當(dāng)環(huán)形環(huán)轉(zhuǎn)子相對(duì)于環(huán)形環(huán)軌道旋轉(zhuǎn)時(shí)，移動(dòng)通過電感器線圈的圓環(huán)陣列，使得磁體和電感器線圈之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致在電感器線圈中產(chǎn)生電流；以及圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子組件，位于環(huán)形環(huán)轉(zhuǎn)子上方并固定到環(huán)形環(huán)轉(zhuǎn)子上，以形成與環(huán)形環(huán)轉(zhuǎn)子相對(duì)于環(huán)形環(huán)軌道旋轉(zhuǎn)的統(tǒng)一組件，圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子組件構(gòu)造為包括彼此間隔開并圍繞圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子組件布置成圓形的風(fēng)偏轉(zhuǎn)葉片，以形成中空的中心圓柱形內(nèi)部空間，用于容納由風(fēng)偏轉(zhuǎn)葉片偏轉(zhuǎn)所接收的風(fēng)而形成的風(fēng)渦流，以將從任何方向所接收的風(fēng)轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一組件相對(duì)于環(huán)形環(huán)軌道的旋轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電感器線圈中的電流。

在另一方面，用于將風(fēng)力轉(zhuǎn)換成電力的風(fēng)力發(fā)電機(jī)包括：支撐基座；電感器定子組件，其固定到支撐基座并且包括固定在適當(dāng)位置以形成圓形陣列的電感器線圈，每個(gè)電感器線圈包括第一半電感器線圈部分和第二半電感器線圈部分，所述第一半電感器線圈部分包括第一磁芯和纏繞在第一磁芯周圍的第一導(dǎo)線線圈，所述第二半電感器線圈部分包括第二磁芯和纏繞在第二磁芯周圍的第二導(dǎo)線線圈，其中，第一和第二半電感器線圈部分彼此相鄰定位，以在其間形成間隙；電感器轉(zhuǎn)子組件，其包括環(huán)形環(huán)和彼此均勻間隔開的單獨(dú)的磁體，以在環(huán)形環(huán)的外周邊上形成磁環(huán)，并且被配置為將磁體定位在電感器線圈的圓形陣列的間隙之間，電感器轉(zhuǎn)子組件構(gòu)造為相對(duì)于電感器定子組件旋轉(zhuǎn)，使得磁體和電感器線圈之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致在電感器線圈中產(chǎn)生電流；圓柱形風(fēng)定子組件，其相對(duì)于電感器定子組件固定到適當(dāng)位置，并且包括布置成圓形的定子風(fēng)接收葉片，以形成中空?qǐng)A柱形內(nèi)部，其中定位電感器定子組件和電感器轉(zhuǎn)子組件，定子風(fēng)接收翼片構(gòu)造為引導(dǎo)接收和引導(dǎo)從任何方向的風(fēng)從圓柱形風(fēng)定子組件的徑向方向以傾斜方向進(jìn)入中空?qǐng)A柱形內(nèi)部；以及圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子組件，包封在圓柱形風(fēng)定子組件的中空?qǐng)A柱形內(nèi)部內(nèi)，并且在適當(dāng)位置固定到電感器轉(zhuǎn)子組件作為統(tǒng)一組件，以與環(huán)形環(huán)上的磁環(huán)一起相對(duì)于圓柱形風(fēng)定子組件旋轉(zhuǎn)，圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子組件構(gòu)造為包括風(fēng)偏轉(zhuǎn)葉片，所述風(fēng)偏轉(zhuǎn)葉片彼此間隔開并且布置成圓形，以形成中空的中心圓柱形內(nèi)部空間，用于容納由風(fēng)偏轉(zhuǎn)葉片偏轉(zhuǎn)所接收的風(fēng)而形成的風(fēng)渦流，其中定子風(fēng)接收翼片和風(fēng)偏轉(zhuǎn)葉片構(gòu)造為共同且有效地引導(dǎo)接收的風(fēng)，以導(dǎo)致圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子組件的旋轉(zhuǎn)，用于將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成電感器線圈中的電流。

在另一方面，用于從風(fēng)發(fā)電的方法包括將風(fēng)力發(fā)電機(jī)(例如上面描述的那些)放置在建筑物的屋頂上以接收風(fēng)，以導(dǎo)致圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子組件旋轉(zhuǎn)，使得圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子組件的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致電感器轉(zhuǎn)子組件旋轉(zhuǎn)，以在電感器線圈中產(chǎn)生電流。

在附圖，詳細(xì)描述和權(quán)利要求中更詳細(xì)地描述了那些和其他方面，特征和實(shí)施方式。

附圖說明

圖1a和1b示出了被稱為電子慣性功率(eip)風(fēng)機(jī)的示例性風(fēng)力發(fā)電機(jī)的三維示意圖。

圖1c示出了描繪示例性eip風(fēng)機(jī)的下部的橫截面圖。

圖2a示出了示例性eip永磁體線性同步機(jī)(pmlsm)的圖。

圖2b示出了示例性eip同步發(fā)電機(jī)磁路的圖。

圖2c示出了示例性pmlsm三相磁路的圖。

圖2d示出了描繪用于示例性eip機(jī)半徑的示例性pmlsm模塊化組合的圖。

圖2e示出了示例性c芯和填充因子的圖。

圖2f示出了使用相同的磁體和磁極間距的示例性磁性轉(zhuǎn)子膨脹的圖。

圖2g示出了示例性風(fēng)區(qū)葉片、翼片和中心比例以及平均內(nèi)部風(fēng)流的圖。

圖2h示出了示例性vanderpol振蕩的曲線圖。

圖2i示出了示例性負(fù)阻振蕩器的曲線圖和電路圖。

圖2j示出了示例性最小eip振蕩器的圖。

圖2k示出了基本eip能量不平衡的圖。

圖3a示出了提供示例性eip風(fēng)機(jī)的機(jī)械概覽的圖。

圖3b示出了描繪示例性eip機(jī)橫截面的示意圖，示出了單側(cè)和雙側(cè)構(gòu)造以及轉(zhuǎn)子質(zhì)量增強(qiáng)。

圖3c示出了描繪示例性eip機(jī)電感器和軸承支撐環(huán)的圖。

圖3d示出了描繪示例性eip機(jī)承載軌道環(huán)的圖。

圖3e示出了進(jìn)一步描繪示例性eip機(jī)電感器/軸承環(huán)和支柱細(xì)節(jié)的圖。

圖3f示出了進(jìn)一步描繪示例性軸承細(xì)節(jié)的圖。

圖3g示出了描繪示例性eip機(jī)磁性轉(zhuǎn)子的圖。

圖3h示出了進(jìn)一步描繪示例性磁性轉(zhuǎn)子細(xì)節(jié)的圖。

圖3i示出了描繪示例性eip機(jī)電感器規(guī)格的圖。

圖3j示出了示例性風(fēng)轉(zhuǎn)子組件的示意圖。

圖3k示出了示例性風(fēng)定子組件的示意圖。

圖3l示出了示例性垂直翼片和風(fēng)葉片細(xì)節(jié)的圖。

圖3m示出了描繪示例性eip風(fēng)區(qū)空氣動(dòng)力學(xué)的圖。

圖3n示出了描繪示例性eip風(fēng)區(qū)空氣動(dòng)力學(xué)細(xì)節(jié)的圖。

圖4a示出了示例性pmlsm二極管電橋的示意圖。

圖4b示出了具有電壓源變換器(vsc)的示例性pmlsm的示意圖。

圖4c-1和4c-2分別示出了示例性三個(gè)和五個(gè)pmlsmeip振蕩器的示意圖。

圖4d示出了用于示例性eip機(jī)半徑的示例性五個(gè)pmlsmeip振蕩器組合的圖。

具體實(shí)施方式

公開了用于風(fēng)力發(fā)電的技術(shù)、系統(tǒng)和裝置。

所公開的風(fēng)力發(fā)電機(jī)在局部尺度上是可縮放的。例如，所公開的風(fēng)力發(fā)電機(jī)可以在例如商業(yè)或家庭的單獨(dú)建筑物上采用，以向建筑物提供足夠的電力。

在所公開的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的一些實(shí)施方式中，使用模塊化部件和機(jī)構(gòu)。例如，示例性風(fēng)力發(fā)電機(jī)的模塊化對(duì)于它們?cè)诰植砍叨壬系牟渴鹗怯欣模鐚L(fēng)力發(fā)電機(jī)組裝在建筑物的屋頂上。

在一個(gè)方面，用于將風(fēng)力轉(zhuǎn)換成電力的風(fēng)力發(fā)電機(jī)包括：支撐基座；電感器線圈，以圓形陣列固定在支撐基座上方的位置；環(huán)形環(huán)軌道，固定到基座支撐件且配置為提供圓形軌道，電感器線圈的圓形陣列圍繞所述圓形軌道定位；滾子，放置在環(huán)形環(huán)軌道的圓形軌道中，以在圓形軌道中滾動(dòng)，以圍繞環(huán)形環(huán)軌道移動(dòng)；環(huán)形環(huán)轉(zhuǎn)子，放置在環(huán)形環(huán)軌道上并且接合到環(huán)形環(huán)軌道的圓形軌道中的滾子，使得環(huán)形環(huán)轉(zhuǎn)子可通過滾子在圓形軌道中的滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)的操作而相對(duì)于環(huán)形環(huán)軌道旋轉(zhuǎn)而在環(huán)形環(huán)轉(zhuǎn)子的中心沒有用于旋轉(zhuǎn)環(huán)形環(huán)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸，環(huán)形環(huán)轉(zhuǎn)子構(gòu)造為包括在環(huán)形環(huán)轉(zhuǎn)子的外周邊上彼此均勻間隔開的單獨(dú)的磁體，以當(dāng)環(huán)形環(huán)轉(zhuǎn)子相對(duì)于環(huán)形環(huán)軌道旋轉(zhuǎn)時(shí)，移動(dòng)通過電感器線圈的圓環(huán)陣列，使得磁體和電感器線圈之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致在電感器線圈中產(chǎn)生電流；以及圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子組件，位于環(huán)形環(huán)轉(zhuǎn)子上方并固定到環(huán)形環(huán)轉(zhuǎn)子上，以形成與環(huán)形環(huán)轉(zhuǎn)子相對(duì)于環(huán)形環(huán)軌道旋轉(zhuǎn)的統(tǒng)一組件，圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子組件構(gòu)造為包括彼此間隔開并圍繞圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子組件布置成圓形的風(fēng)偏轉(zhuǎn)葉片，以形成中空的中心圓柱形內(nèi)部空間，用于容納由風(fēng)偏轉(zhuǎn)葉片偏轉(zhuǎn)所接收的風(fēng)而形成的風(fēng)渦流，以將從任何方向所接收的風(fēng)轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一組件相對(duì)于環(huán)形環(huán)軌道的旋轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電感器線圈中的電流。

在另一方面，用于將風(fēng)力轉(zhuǎn)換成電力的風(fēng)力發(fā)電機(jī)包括：支撐基座；電感器定子組件，其固定到支撐基座并且包括固定在適當(dāng)位置以形成圓形陣列的電感器線圈，每個(gè)電感器線圈包括第一半電感器線圈部分和第二半電感器線圈部分，所述第一半電感器線圈部分包括第一磁芯和纏繞在第一磁芯周圍的第一導(dǎo)線線圈，所述第二半電感器線圈部分包括第二磁芯和纏繞在第二磁芯周圍的第二導(dǎo)線線圈，其中，第一和第二半電感器線圈部分彼此相鄰定位，以在其間形成間隙；電感器轉(zhuǎn)子組件，其包括環(huán)形環(huán)和彼此均勻間隔開的單獨(dú)的磁體，以在環(huán)形環(huán)的外周邊上形成磁環(huán)，并且被配置為將磁體定位在電感器線圈的圓形陣列的間隙之間，電感器轉(zhuǎn)子組件構(gòu)造為相對(duì)于電感器定子組件旋轉(zhuǎn)，使得磁體和電感器線圈之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致在電感器線圈中產(chǎn)生電流；圓柱形風(fēng)定子組件，其相對(duì)于電感器定子組件固定就位，并且包括布置成圓形的定子風(fēng)接收葉片，以形成中空?qǐng)A柱形內(nèi)部，其中定位電感器定子組件和電感器轉(zhuǎn)子組件，定子風(fēng)接收翼片構(gòu)造為引導(dǎo)接收和引導(dǎo)從任何方向的風(fēng)從圓柱形風(fēng)定子組件的徑向方向以傾斜方向進(jìn)入中空?qǐng)A柱形內(nèi)部；以及圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子組件，包封在圓柱形風(fēng)定子組件的中空?qǐng)A柱形內(nèi)部內(nèi)，并且在適當(dāng)位置固定到電感器轉(zhuǎn)子組件作為統(tǒng)一組件，以與環(huán)形環(huán)上的磁環(huán)一起相對(duì)于圓柱形風(fēng)定子組件旋轉(zhuǎn)，圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子組件構(gòu)造為包括風(fēng)偏轉(zhuǎn)葉片，所述風(fēng)偏轉(zhuǎn)葉片彼此間隔開并且布置成圓形，以形成中空的中心圓柱形內(nèi)部空間，用于容納由風(fēng)偏轉(zhuǎn)葉片偏轉(zhuǎn)所接收的風(fēng)而形成的風(fēng)渦流，其中定子風(fēng)接收翼片和風(fēng)偏轉(zhuǎn)葉片構(gòu)造為共同且有效地引導(dǎo)接收的風(fēng)，以導(dǎo)致圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子組件的旋轉(zhuǎn)，用于將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成電感器線圈中的電流。

在另一方面，用于從風(fēng)發(fā)電的方法包括將風(fēng)力發(fā)電機(jī)(例如上面描述的那些)放置在建筑物的屋頂上以接收風(fēng)，以導(dǎo)致圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子組件旋轉(zhuǎn)，使得圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子組件的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致電感器轉(zhuǎn)子組件旋轉(zhuǎn)，以在電感器線圈中產(chǎn)生電能(例如電流)。在一些實(shí)施方式中，該方法還可以包括將所產(chǎn)生的電能供應(yīng)到建筑物或電網(wǎng)的電力系統(tǒng)。該方法還可以包括將所產(chǎn)生的電能存儲(chǔ)在電聯(lián)接到風(fēng)力發(fā)電機(jī)的能量存儲(chǔ)單元中。

這些方面和其他特征在下文以及附圖和權(quán)利要求中進(jìn)一步詳細(xì)描述。

如本專利文件的權(quán)利要求部分中所描述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的實(shí)施方式可以可選地包括以下示例性特征。

例如，風(fēng)接收翼片組件的底部環(huán)的下側(cè)可以是用于兩個(gè)不銹鋼環(huán)的支撐基座：(i)上環(huán)，其直接地螺栓連接到下側(cè)，包含電感器陣列的第一半；以及(ii)下環(huán)，包含電感器陣列的第二半并且用于軸承定位，其附接到插入到圍繞圓周的每隔一個(gè)翼片管中的實(shí)心不銹鋼框架支柱并且螺栓連接到下側(cè)?？蚣苤е碗姼衅鳝h(huán)和軸承在來自轉(zhuǎn)子的強(qiáng)磁力下保持電感器面之間的間隙。

另外，例如，對(duì)于環(huán)形環(huán)轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子基座可以是由磁鐵厚度的鋁(或任何非磁性合金)制成的環(huán)。在下側(cè)附接有不銹鋼環(huán)(軸承“軌道”)，其為軸承提供水平和垂直表面，例如用于支撐轉(zhuǎn)子重量的軸承的一個(gè)表面，并且另一個(gè)控制側(cè)到側(cè)運(yùn)動(dòng)。軌道環(huán)還用作磁性轉(zhuǎn)子環(huán)的加強(qiáng)件，以防止鋁在到電感器的強(qiáng)磁性吸引力和風(fēng)葉片上的重陣風(fēng)下翹曲，以在上下的磁體和電感器之間保持相等的間隙。圓柱形風(fēng)葉片組件附接到環(huán)的頂側(cè)。當(dāng)完全組裝時(shí)，轉(zhuǎn)子環(huán)的外周邊在風(fēng)葉片自由旋轉(zhuǎn)的同時(shí)經(jīng)過上和下電感器陣列之間。

此外例如，關(guān)于軸承，容錯(cuò)軸承結(jié)構(gòu)可以包括各種類型，例如一個(gè)用于支撐轉(zhuǎn)子重量和磁隙，另一個(gè)用于控制側(cè)到側(cè)運(yùn)動(dòng)。這兩種類型都可以是“多滾子”軸承，具有免維護(hù)芯和聚輪。例如，代替軸上的一個(gè)中心軸承，在轉(zhuǎn)子周邊附近設(shè)置有多余的軸承。為了以最小的方式起作用，例如，對(duì)于每八分之一的圓周可以存在至少一個(gè)支撐軸承。這個(gè)數(shù)量的雙倍是標(biāo)稱數(shù)量。對(duì)于絕對(duì)容錯(cuò)，建議三倍，作為示例。最少需要四個(gè)側(cè)到側(cè)的軸承，每個(gè)軸線一個(gè)。作為另一示例，該數(shù)字的雙倍是標(biāo)稱和容錯(cuò)量，因?yàn)樗鼈儾怀袚?dān)重量。軸承可以在不中斷功率產(chǎn)生的情況下失效，并且在方便的維修間隔期間更換。

此外，例如，關(guān)于渦流，中心渦流可以是尾流渦流，其解決了vawt的主要效率問題，例如，在它們自己的尾流渦流中操作，提供了用于消耗的風(fēng)能從中心上下離開渦輪機(jī)并在風(fēng)流中帶走的增強(qiáng)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)的方式。

此外，例如，在大風(fēng)中的速度和振動(dòng)是自調(diào)節(jié)的，例如，不需要俯仰或偏航控制或關(guān)閉，簡單地，當(dāng)風(fēng)拖拽力反向運(yùn)動(dòng)等于葉片后面的風(fēng)力時(shí)轉(zhuǎn)子不旋轉(zhuǎn)更快，響應(yīng)于強(qiáng)陣風(fēng)立即保持平衡。轉(zhuǎn)子高度和直徑確定失速速度，其被選擇以適合在安裝位置處的風(fēng)況。

此外，例如，關(guān)于每個(gè)定子風(fēng)接收翼片的管或桿(例如具有彎曲的外邊緣作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)與接收的風(fēng)的界面)，管是重要的設(shè)計(jì)要素。例如，圍繞圓周的每隔一個(gè)管具有插入其中的框架支柱的端部，這在強(qiáng)陣風(fēng)力下向風(fēng)接收翼片組件提供強(qiáng)度。其它管可用于附接到屋頂安裝結(jié)構(gòu)和用于照明和儀器的電導(dǎo)管(例如用于風(fēng)速測量的無線網(wǎng)絡(luò)天線或皮托管)。

此外，例如，關(guān)于金屬或金屬合金，通常，鋁用于風(fēng)組件和磁性轉(zhuǎn)子，但整個(gè)機(jī)器由非磁性金屬制成，除了c芯。例如，不銹鋼用于電感器和軸承環(huán)支撐件，其中需要高強(qiáng)度。例如，mil-spec版本可以完全由鈦制成。

此外例如，關(guān)于徑向尺寸，發(fā)電機(jī)可以配置為使得中空中心的半徑是外翼片環(huán)的三分之一，風(fēng)轉(zhuǎn)子組件是三分之二，其中這些示例性比例適用于所有尺寸的機(jī)器。

此外例如，關(guān)于外徑，發(fā)電機(jī)可以配置為是比風(fēng)葉片長度更高的機(jī)器。例如，示例性設(shè)計(jì)自然地支持更寬而不是更高的機(jī)器，其可以更好地容忍極端的風(fēng)況。例如，擴(kuò)大轉(zhuǎn)子半徑提供并指數(shù)增加風(fēng)掃過面積(圓柱體)，而葉片長度提供線性增加。

此外例如，關(guān)于風(fēng)偏轉(zhuǎn)葉片，發(fā)電機(jī)可以配置為使得存在“偶數(shù)”數(shù)量的風(fēng)偏轉(zhuǎn)固定葉片，其大于“奇數(shù)”數(shù)量的風(fēng)接收轉(zhuǎn)子葉片。翼片和轉(zhuǎn)子葉片之間的偶數(shù)/奇數(shù)關(guān)系允許轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)以最少量的風(fēng)啟動(dòng)。

此外例如，關(guān)于相應(yīng)的電流，這些可以是同步電流。同步發(fā)電意味著電流流動(dòng)精確地跟隨磁通量躍遷，產(chǎn)生隨頻率增加的正弦電壓。鋼電感器芯集中來自轉(zhuǎn)子磁場的通量，通過在其間穿過的磁體的放置和極性在軸向方向上聚焦。元素同步設(shè)計(jì)是確保最大電轉(zhuǎn)換效率的方法之一。

此外例如，關(guān)于在形成3相電感器模塊的連接中的電感器線圈，線圈如何連接的這種連接可以是y形連接。例如，y形連接意味著每個(gè)電感器的一端共同附接，而另一端附接到三相u，v和w端子。3相也可以以“三角形”布線，其中電感器的每端以三角形方式與角上的u，v和w連接。

此外例如，關(guān)于dc輸出電壓，這可以包括等于峰值ac電壓的dc輸出電壓。例如，最大電轉(zhuǎn)換效率可以包括3相模塊化。例如，單相整流器可以產(chǎn)生為峰值ac電壓的一半的dc電壓。

此外例如，關(guān)于模式切換電路，這可以包括電壓源變換器(vsc)。例如，與線性整流器中的六個(gè)二極管中的每一個(gè)并聯(lián)地添加高速切換晶體管(如絕緣柵雙極晶體管(igbt))產(chǎn)生受控的3相整流器。在vsc中的某些模式中的晶體管柵極的快速切換支持“四象限”操作。例如，在電機(jī)轉(zhuǎn)矩對(duì)正向和反向方向上的速度的曲線圖中，速度軸線上方到轉(zhuǎn)矩軸線右側(cè)為象限i，右速度軸線下方為象限ii，轉(zhuǎn)矩軸線左側(cè)且速度軸線下方為象限iii，左上方為象限iv。每個(gè)象限的電機(jī)操作模式如下：

象限i：用于正向電動(dòng)的領(lǐng)先功率因子逆變器。

象限ii：用于正向制動(dòng)的滯后功率因子逆變器。

象限iii：用于反向電動(dòng)的領(lǐng)先功率因子整流器。

象限iv：用于反向制動(dòng)的滯后功率因子整流器。

在本申請(qǐng)中，例如，由于風(fēng)轉(zhuǎn)子總是沿向前方向移動(dòng)，所以僅象限i和iii可以用于調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子速度和dc輸出電壓，其中qi操作加速轉(zhuǎn)子同時(shí)減少dc輸出電壓，并且qiii操作減慢轉(zhuǎn)子同時(shí)升高dc電壓。這些與轉(zhuǎn)子上隨機(jī)和不可控的外力結(jié)合工作：風(fēng)和電負(fù)載。風(fēng)加速轉(zhuǎn)子同時(shí)升高dc電壓，并且負(fù)載減速轉(zhuǎn)子同時(shí)降低dc電壓。用于最大電轉(zhuǎn)換效率的示例性設(shè)計(jì)元件可以包括在轉(zhuǎn)子的邊緣處的電動(dòng)推力的放置，其中轉(zhuǎn)矩通過轉(zhuǎn)子半徑放大。這可以允許較小的電感器和磁體在電動(dòng)操作期間產(chǎn)生比旋轉(zhuǎn)等效的更大的扭矩，并且在發(fā)電時(shí)具有更大的功率輸出。

此外，例如，關(guān)于感測電路，同步3相磁性設(shè)計(jì)允許vsc直接感測dc輸出上的轉(zhuǎn)子速度，例如，因?yàn)槠洚a(chǎn)生干凈的正弦波ac，其中由高速晶體管切換產(chǎn)生的諧波疊加而沒有來自轉(zhuǎn)子諧波的干擾。后3相整流器dc含量包含基于基本ac輸出和晶體管諧波的穩(wěn)定紋波電流，其通過數(shù)字信號(hào)處理分析，以提供對(duì)電動(dòng)轉(zhuǎn)矩和速度的直接控制，而沒有可能故障的外部傳感器(另一個(gè)容錯(cuò)特征)。

此外，例如，關(guān)于相反的磁性取向，每個(gè)磁體可以在窄尺寸上極化，使得當(dāng)在轉(zhuǎn)子中以相反取向設(shè)置時(shí)軸向磁通最大化。

此外，例如，在示例性風(fēng)力發(fā)電機(jī)中，電氣部件位于氣流最大處，并且當(dāng)功率最大時(shí)風(fēng)吹得更快。因此，模塊化結(jié)構(gòu)允許最熱的部件(例如，電感器和半導(dǎo)體)直接放置在用作大散熱器的風(fēng)定子組件的金屬環(huán)形基座上。與一體式發(fā)電機(jī)和控制器相比，這允許從多個(gè)較小的芯和嵌入式電子器件獲得更多的功率。

0.專利文件的概要

所公開的風(fēng)力發(fā)電機(jī)在本專利文件中也被稱為電子慣性功率(eip)風(fēng)機(jī)。eip風(fēng)機(jī)包括用于從風(fēng)發(fā)電的直接驅(qū)動(dòng)垂直軸線風(fēng)力渦輪機(jī)。eip風(fēng)機(jī)提供了用于直接生成、存儲(chǔ)和穩(wěn)定來自單個(gè)移動(dòng)質(zhì)量的電力的平臺(tái)。eip風(fēng)機(jī)理想地適用于城市屋頂?shù)娘L(fēng)力條件，包括湍流。

本專利文件的公開內(nèi)容組織有以下頂級(jí)標(biāo)題：

第1節(jié)：介紹。本節(jié)包括eip風(fēng)機(jī)的一般概述和示例性應(yīng)用。

第2節(jié)：操作原則。本節(jié)包括所公開的技術(shù)如何工作的描述，并且為操作的各個(gè)方面呈現(xiàn)數(shù)學(xué)模型。

第3節(jié)：機(jī)械和氣動(dòng)規(guī)范。本節(jié)包括eip風(fēng)機(jī)的物理形式和功能的示例性實(shí)施例的描述。

第4節(jié)：示例性電子硬件規(guī)范。本節(jié)包括eip電子架構(gòu)的示例性實(shí)施例的描述。

第5節(jié)：系統(tǒng)架構(gòu)。本節(jié)包括示例性系統(tǒng)集成和網(wǎng)絡(luò)概念的描述。

第6節(jié)：示例性編程規(guī)范。本節(jié)包括示例性eip風(fēng)機(jī)軟件接口的描述。

1.介紹

公開了從環(huán)境源，例如風(fēng)、波浪和其他“清潔”或“綠色”能量源產(chǎn)生電能的電子慣性功率產(chǎn)生裝置、系統(tǒng)和方法。描述了所公開的電子慣性功率產(chǎn)生技術(shù)(或eip技術(shù))的各個(gè)實(shí)施例和實(shí)施方式，特別是在局部尺度上可縮放的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，例如被稱為eip風(fēng)機(jī)。eip風(fēng)機(jī)包括具有沖擊轉(zhuǎn)子的直接驅(qū)動(dòng)垂直軸線風(fēng)力渦輪機(jī)。在將風(fēng)從所有方向集中到垂直轉(zhuǎn)子葉片的堅(jiān)固結(jié)構(gòu)中，轉(zhuǎn)子被固定的垂直翼片包圍。eip風(fēng)機(jī)能夠從沒有塔的屋頂將風(fēng)轉(zhuǎn)換為電能，處理寬范圍的風(fēng)況，無需機(jī)械調(diào)整。eip技術(shù)適于直接發(fā)電到脈沖轉(zhuǎn)子，因此可以從隨機(jī)方向(湍流)的風(fēng)速(陣風(fēng))的突然變化以及穩(wěn)定風(fēng)中提取功率。

常規(guī)沖擊渦輪機(jī)傳遞高工作轉(zhuǎn)矩，但已經(jīng)證明是差的發(fā)電機(jī)。由于轉(zhuǎn)子自然地移動(dòng)不比風(fēng)速快，所以需要機(jī)械齒輪箱來使發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)足夠快以將轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換為電磁轉(zhuǎn)矩；幾十轉(zhuǎn)必須轉(zhuǎn)換成幾千轉(zhuǎn)。這放大了來自發(fā)電機(jī)的磁拖拽，阻礙了轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)。所有風(fēng)力機(jī)械中的機(jī)械變速器是暴露于元件的災(zāi)難性故障的最常見點(diǎn)，需要連續(xù)維護(hù)。

可替代地，以轉(zhuǎn)子速度直接驅(qū)動(dòng)永磁發(fā)電機(jī)的垂直軸風(fēng)力渦輪機(jī)遵循簡單和可靠的“單一質(zhì)量”模型。然而，對(duì)于足夠的電磁轉(zhuǎn)矩，發(fā)電機(jī)必須具有許多磁極，以及相應(yīng)數(shù)量的鋼芯和銅繞組。發(fā)電機(jī)半徑必須足夠大以容納所有極，因此中心軸上的剪切力限制瞬時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩。此外，圍繞電樞的分布式銅繞組拾取雜散磁場，這導(dǎo)致低電效率和噪聲。

通常，所有直接驅(qū)動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)必須對(duì)小于最佳電磁轉(zhuǎn)矩的功率輸出進(jìn)行折中。隨著尺寸和功率增加，發(fā)電機(jī)無法跟上風(fēng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩，導(dǎo)致效率較低。由于風(fēng)是過剩的和自由的資源，優(yōu)選的是從單個(gè)質(zhì)量直接產(chǎn)生的簡單性。然而，發(fā)電機(jī)壽命內(nèi)的功率生產(chǎn)率低。

eip風(fēng)機(jī)提供了從慢而重的垂直轉(zhuǎn)子直接發(fā)電的解決方案。這種新型的電機(jī)在這里被提出，具有可適應(yīng)和可擴(kuò)大到更大的轉(zhuǎn)子和更大的功率的模塊化結(jié)構(gòu)。eip風(fēng)機(jī)代表了直接從風(fēng)發(fā)電的巨大飛躍，將各種風(fēng)況轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定有用的功率。

eip風(fēng)機(jī)是設(shè)計(jì)超可靠和容錯(cuò)的。通過分散或消除導(dǎo)致最多停機(jī)時(shí)間的所有部件，eip風(fēng)機(jī)在其運(yùn)行壽命上比任何其他設(shè)計(jì)產(chǎn)生更多的功率。通過模塊化架構(gòu)，部件故障只會(huì)導(dǎo)致機(jī)器持續(xù)運(yùn)行時(shí)的功率輸出降低。故障部件可在計(jì)劃的維護(hù)間隔期間快速替換，從而減少總停機(jī)時(shí)間。

1.1eip風(fēng)機(jī)概述

eip風(fēng)機(jī)是能量轉(zhuǎn)換裝置，其有效地將具有高慣性的機(jī)械轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換為電磁轉(zhuǎn)矩，在一部分旋轉(zhuǎn)中產(chǎn)生有用功率。eip風(fēng)機(jī)包括具有許多極和芯繞組的永磁發(fā)電機(jī)。eip技術(shù)支持大于風(fēng)轉(zhuǎn)子半徑的發(fā)電機(jī)半徑，其中發(fā)電機(jī)磁性填充圓周。沒有中心軸和主軸承，可以有無限的電磁轉(zhuǎn)矩響應(yīng)。eip風(fēng)機(jī)包括所公開的eip技術(shù)的獨(dú)特的垂直軸線風(fēng)力渦輪機(jī)設(shè)計(jì)，其有效地將具有高慣性的機(jī)械轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換為電磁轉(zhuǎn)矩，并且從通過到eip風(fēng)機(jī)中的風(fēng)產(chǎn)生電能。

圖1a和1b示出了示例性eip風(fēng)機(jī)100的三維視圖。圖1c示出了eip風(fēng)機(jī)100的下部的橫截面圖。eip風(fēng)機(jī)100包括支撐基座120，以支撐所公開的技術(shù)的電子慣性功率產(chǎn)生單元110。支撐基座120可以包括沿著基座框架的外部區(qū)域定位的多個(gè)支柱，所述多個(gè)支柱支撐電子慣性功率產(chǎn)生單元110。在一些實(shí)施方式中，例如，支撐基座120可以包括多個(gè)腿部125，以升起支撐基座120以及由此eip風(fēng)機(jī)100到期望的高度。電子慣性功率產(chǎn)生單元110包括環(huán)形環(huán)軌道112，其能夠附接到基座支撐件120并且構(gòu)造為提供圓形軌道，電感器102的圓形陣列(例如電感器線圈)圍繞該圓形軌道定位。例如，陣列的電感器102在環(huán)形環(huán)軌道112中以圓形陣列固定在支撐基座112上的位置。電子慣性功率產(chǎn)生單元110包括放置在環(huán)形環(huán)軌道112的圓形軌道中的滾子(例如軌道滾子軸承)，以在圓形軌道中滾動(dòng)，以圍繞環(huán)形環(huán)軌道112移動(dòng)。在一些實(shí)施例中，例如，環(huán)形環(huán)軌道112包括上電感器支撐環(huán)112a，其包含電感器陣列的上半部，并且環(huán)形環(huán)軌道112包括下電感器和軸承支撐環(huán)112b，其包含電感器陣列的下半部。在一些實(shí)施方式中，例如，支撐基座120的支柱附接到上和下支撐環(huán)112a和112b，以提供間隙(例如，一英寸的小部分(例如1/8英寸)到一英寸的一半，例如0.2英寸)，用于磁性轉(zhuǎn)子環(huán)在包含在上和下支撐環(huán)112a和112b中的上和下電感器之間旋轉(zhuǎn)。

電子慣性功率產(chǎn)生單元110包括環(huán)形環(huán)轉(zhuǎn)子114，其放置在環(huán)形環(huán)軌道112上，并且沿著環(huán)形環(huán)軌道112的圓形軌道接合到滾子。例如，在一些實(shí)施方式中，如圖1c所示，環(huán)形環(huán)轉(zhuǎn)子114配置在環(huán)形環(huán)軌道112的上支撐環(huán)112a和下支撐環(huán)112b之間，其中下支撐環(huán)112b包括支撐環(huán)形環(huán)轉(zhuǎn)子114的軸承軌道環(huán)的滾子(例如軌道滾子軸承)。例如，軸承軌道環(huán)可以構(gòu)造為具有彼此垂直的兩個(gè)面，使得一個(gè)面與環(huán)形環(huán)軌道112的滾子(例如軌道滾子軸承)接合，并且另一個(gè)垂直面從環(huán)形環(huán)轉(zhuǎn)子114的下表面向下延伸。例如，環(huán)形環(huán)軌道112可以包括水平滾子(例如水平引導(dǎo)軸承)，其接合軸承軌道環(huán)的垂直部分(例如圍繞軸承軌道環(huán)的垂直軌道滾動(dòng))，以引導(dǎo)環(huán)形環(huán)轉(zhuǎn)子114的旋轉(zhuǎn)，以在其相對(duì)于環(huán)形環(huán)軌道112的電感器陣列旋轉(zhuǎn)時(shí)將其位置保持在xy平面中。環(huán)形環(huán)轉(zhuǎn)子114可以例如通過在圓形軌道中滾子的滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)的操作而相對(duì)于環(huán)形環(huán)軌道112旋轉(zhuǎn)，而沒有在環(huán)形環(huán)轉(zhuǎn)子的中心的旋轉(zhuǎn)軸用于旋轉(zhuǎn)環(huán)形環(huán)轉(zhuǎn)子114。環(huán)形環(huán)轉(zhuǎn)子114構(gòu)造為包括在環(huán)形環(huán)轉(zhuǎn)子114上(例如在環(huán)形環(huán)轉(zhuǎn)子114的外周邊上)彼此均勻間隔開的單獨(dú)的磁體104，以當(dāng)環(huán)形環(huán)轉(zhuǎn)子114在環(huán)形環(huán)軌道112上旋轉(zhuǎn)時(shí)，移動(dòng)通過電感器線圈的圓形陣列(例如在上和下電感器陣列之間)，例如，使得磁體和電感器線圈之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致在電感器線圈中產(chǎn)生電流。

電子慣性功率產(chǎn)生單元110包括位于環(huán)形環(huán)轉(zhuǎn)子114上方并且聯(lián)接到環(huán)形環(huán)轉(zhuǎn)子114的圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子組件116，例如其形成統(tǒng)一組件，以與環(huán)形環(huán)轉(zhuǎn)子114相對(duì)于環(huán)形環(huán)軌道112旋轉(zhuǎn)。風(fēng)轉(zhuǎn)子組件116構(gòu)造為包括彼此間隔開并圍繞風(fēng)轉(zhuǎn)子組件116布置成圓形的多個(gè)風(fēng)轉(zhuǎn)子葉片117(例如風(fēng)偏轉(zhuǎn)葉片)，以形成中空的中心圓柱形內(nèi)部空間，用于容納由風(fēng)偏轉(zhuǎn)葉片117偏轉(zhuǎn)接收的風(fēng)而形成的風(fēng)渦流。風(fēng)轉(zhuǎn)子組件116可操作以將例如從任何方向接收的風(fēng)轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一組件相對(duì)于環(huán)形環(huán)軌道112的旋轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電感器線圈中的電流，并且從而產(chǎn)生電能。例如，在風(fēng)轉(zhuǎn)子葉片117的一些實(shí)施方式中，風(fēng)偏轉(zhuǎn)葉片可以具有包括彎曲葉片部分的結(jié)構(gòu)，以將接收的風(fēng)偏轉(zhuǎn)到圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子組件的中空中心區(qū)域內(nèi)的風(fēng)渦流。例如，每個(gè)風(fēng)偏轉(zhuǎn)葉片中的彎曲葉片部分可以具有圓柱體的一部分的幾何形狀。例如，每個(gè)風(fēng)偏轉(zhuǎn)葉片中的彎曲葉片部分可以包括圓柱體的三分之一的幾何形狀。

如圖1a和1b的圖中所示，電子慣性功率產(chǎn)生單元110可以包括圓柱形風(fēng)定子組件118，其構(gòu)造在相對(duì)于支撐基座120和環(huán)形環(huán)軌道112的固定位置。風(fēng)定子組件118包括例如布置成位于圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子組件116的外部并且包圍圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子組件116的圓形的定子風(fēng)接收翼片119，其。定子風(fēng)接收翼片119構(gòu)造為從任何方向向內(nèi)和朝向圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子組件116的風(fēng)偏轉(zhuǎn)葉片117引導(dǎo)接收的風(fēng)。定子風(fēng)接收翼片119和風(fēng)偏轉(zhuǎn)葉片117構(gòu)造為共同且有效地將接收的風(fēng)轉(zhuǎn)換成圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子組件的旋轉(zhuǎn)。在風(fēng)定子組件118的一些實(shí)施例中，例如，定子風(fēng)接收翼片119包括具有彎曲外邊緣作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)與接收的風(fēng)的第一界面的管或桿。例如，定子風(fēng)接收翼片可以包括翼片部分，其相對(duì)于圓柱形風(fēng)定子組件的徑向方向傾斜定向，并且被構(gòu)造為接收風(fēng)并將其引導(dǎo)到圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子組件的風(fēng)偏轉(zhuǎn)葉片中。例如，翼片部分可以構(gòu)造為相對(duì)于圓柱形風(fēng)定子組件的徑向方向以45度傾斜。

例如，定子風(fēng)接收翼片119可以包括由金屬或金屬合金形成的翼片部分，例如鋁翼片部分。在一些實(shí)施例中，例如，定子風(fēng)接收翼片119和風(fēng)偏轉(zhuǎn)葉片117配置為使得圓柱形風(fēng)定子組件118的徑向尺寸、圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子組件116的徑向尺寸、在圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子組件116的中心的中空中心圓柱形內(nèi)部空間111的半徑基本上相同。例如，圓柱形風(fēng)定子組件118可以配置為具有比圓柱形風(fēng)定子組件沿著圓柱形風(fēng)定子組件的圓柱軸線的長度大的外徑。在一些實(shí)施例中，例如，圓柱形風(fēng)定子組件118的定子風(fēng)接收翼片119的數(shù)量可以配置為大于圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子組件116的風(fēng)偏轉(zhuǎn)葉片117的數(shù)量。在一些實(shí)施例中，例如，每個(gè)風(fēng)偏轉(zhuǎn)葉片117包括彎曲葉片部分，并且定子風(fēng)接收葉片119相對(duì)于圓柱形風(fēng)定子組件118的相應(yīng)徑向方向傾斜定向，以將接收的風(fēng)朝向每個(gè)風(fēng)偏轉(zhuǎn)葉片117的彎曲葉片部分的凹側(cè)引導(dǎo)。

如圖1c所示，例如，電子慣性功率產(chǎn)生單元110可以被構(gòu)造為使得電感器線圈的圓形陣列中的電感器線圈被配置為獨(dú)立的電感器模塊，其彼此獨(dú)立地操作，在該示例中，每個(gè)電感器模塊可以包括(1)三個(gè)相鄰的電感器線圈，其彼此連接以形成3相電感器模塊，使得三個(gè)相鄰的電感器線圈的相位被周期的三分之一分隔，以共同地產(chǎn)生ac輸出電流，其來自分別由所述三個(gè)相鄰電感器線圈產(chǎn)生的三個(gè)電流，以及(2)整流器電路，其被聯(lián)接以接收ac輸出電流并產(chǎn)生dc輸出電壓。例如，電感器模塊的整流器電路可以包括由六個(gè)二極管形成的三相二極管橋式整流器電路。

在一些實(shí)施方式中，例如，電子慣性功率產(chǎn)生單元110可以被構(gòu)造為使得電感器線圈的圓形陣列中的電感器線圈被配置為獨(dú)立的電感器模塊，其彼此獨(dú)立地操作，其中每個(gè)電感器模塊包括(1)三個(gè)相鄰的電感器線圈，其彼此連接以形成3相電感器模塊，使得三個(gè)相鄰的電感器線圈的相位被周期的三分之一分隔，以共同地產(chǎn)生ac輸出電流，其來自分別由所述三個(gè)相鄰電感器線圈產(chǎn)生的三個(gè)電流，以及(2)整流器電路，其被聯(lián)接以接收ac輸出電流并產(chǎn)生dc輸出電壓；并且其中電感器模塊被配置為獨(dú)立的電感器模塊組，其中每個(gè)電感器模塊組包括3個(gè)或更多個(gè)電感器模塊，每個(gè)電感器模塊組內(nèi)的電感器模塊被聯(lián)接以產(chǎn)生電感器模塊組輸出，并且不同的電感器模塊組被分離并彼此獨(dú)立地操作。

例如，每個(gè)電感器模塊組可以包括電感器模塊組中的選擇的電感器模塊中的模式切換電路，并且聯(lián)接到所選擇的電感器模塊的整流器電路以使整流器電路去激活，以允許所選擇的電感器模塊以ac模式操作以產(chǎn)生ac輸出，或激活整流器電路，以允許選擇的電感器模塊以dc模式操作以產(chǎn)生dc輸出；以及控制電路，其聯(lián)接到模式切換電路，以控制模式切換電路在ac模式和dc模式之間切換所選擇的電感器模塊的操作。例如，每個(gè)電感器模塊組可以包括聯(lián)接在電感器模塊組中的所選擇的電感器模塊中的感測電路，其基于所選擇的電感器模塊內(nèi)的電感器線圈中的電流的定時(shí)和幅度感測圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子組件的旋轉(zhuǎn)狀況，并且基于所感測的旋轉(zhuǎn)狀況，控制電路被配置為響應(yīng)于所接收到的風(fēng)況來控制所選擇的電感器模塊的ac模式操作，以加速或減速圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子組件的旋轉(zhuǎn)，使得圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子組件隨著接收的風(fēng)況動(dòng)態(tài)地變化，以最大化將接收的風(fēng)力轉(zhuǎn)換成電力的效率。

在一些實(shí)施方式中，例如，每個(gè)電感器線圈可以包括：第一半電感器線圈部分，其包括第一磁芯和纏繞在第一磁芯周圍的第一導(dǎo)線線圈；以及第二半電感器線圈部分，其包括第二磁芯和纏繞在第二磁芯周圍的第二導(dǎo)線線圈，其中第一和第二半電感器線圈部分位于環(huán)形環(huán)轉(zhuǎn)子的外周邊中的磁體旋轉(zhuǎn)的平面的相對(duì)側(cè)，以將磁體定位在第一和第二半電感器線圈部分之間。在一些實(shí)施方式中，例如，第一和第二半電感器線圈部分中的每一個(gè)可以包括c形磁芯，其具有與環(huán)形環(huán)轉(zhuǎn)子的外周邊中的磁體交界的兩個(gè)末端，并且環(huán)形環(huán)轉(zhuǎn)子的外周邊中的兩個(gè)相鄰磁體相對(duì)于彼此處于相反的磁性取向。例如，c形磁芯可以被配置為具有兩個(gè)末端，兩個(gè)末端通過在環(huán)形環(huán)轉(zhuǎn)子的外周邊中的兩個(gè)相鄰磁體的間隔而彼此間隔開。

在一些實(shí)施方式中，例如，控制電路可以包括數(shù)字信號(hào)處理器，其用軟件編程，以基于從感測電路感測到的旋轉(zhuǎn)狀況來控制電感器模塊組中所選擇的電感器模塊的ac和dc操作模式。在一些實(shí)施方式中，例如，控制電路可以被配置為控制所選擇的電感器模塊內(nèi)的電感器線圈，以使圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子組件的旋轉(zhuǎn)處于滑行模式，其在給定的接收風(fēng)況保持圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子組件的旋轉(zhuǎn)的恒定速度，并且產(chǎn)生風(fēng)力發(fā)電機(jī)的dc輸出；電動(dòng)模式，其在減小風(fēng)力發(fā)電機(jī)的dc輸出的同時(shí)加速圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子組件的旋轉(zhuǎn)；或發(fā)電模式，其在增加風(fēng)力發(fā)電機(jī)的dc輸出的同時(shí)減慢圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子組件的旋轉(zhuǎn)。在一些實(shí)施方式中，例如，控制電路被配置為基于從感測電路感測到的旋轉(zhuǎn)狀況來控制所選擇的電感器模塊在滑行模式、電動(dòng)模式或發(fā)電模式中的一個(gè)中操作或切換到滑行模式、電動(dòng)模式或發(fā)電模式中的一個(gè)，以將風(fēng)力發(fā)電機(jī)的操作動(dòng)態(tài)地同步到接收的風(fēng)況以及從風(fēng)力發(fā)電機(jī)汲取電力的負(fù)載條件。

在安靜、強(qiáng)勁和不可見的形式中，eip風(fēng)機(jī)100從在固定的一個(gè)內(nèi)部旋轉(zhuǎn)的單個(gè)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量將風(fēng)(例如屋頂風(fēng))轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的電力。風(fēng)從所有側(cè)進(jìn)入機(jī)器100，并且通過中空芯111的頂部和底部離開。eip風(fēng)機(jī)100的電子慣性功率產(chǎn)生單元110沒有除風(fēng)以外的中心軸或機(jī)械連接，僅有電氣和網(wǎng)絡(luò)接口。

來自轉(zhuǎn)子中的永磁體的磁通的快速旋轉(zhuǎn)線在它們?cè)诠潭姼衅髦g通過時(shí)產(chǎn)生電力。在一些實(shí)施例中，例如，eip風(fēng)機(jī)100可以配置為直徑約為6英尺，支撐八十個(gè)磁極對(duì)(160個(gè)磁體)。本專利文件中的附圖基于本示例性設(shè)計(jì)，其示范和證明了所公開的技術(shù)。本示例性實(shí)施例表示eip風(fēng)機(jī)的最小實(shí)際尺寸。eip技術(shù)可擴(kuò)大到更大的尺寸和功率。

1.1.1使發(fā)電適應(yīng)于簡單的機(jī)械裝置

eip風(fēng)機(jī)的示例性實(shí)施例可以包括具有集成發(fā)電的簡單的機(jī)械部件和裝置。通常，存在一個(gè)移動(dòng)部分：風(fēng)/磁性轉(zhuǎn)子(例如，圖1a和1b中所示的風(fēng)轉(zhuǎn)子組件116)。風(fēng)掃過面積實(shí)際上是轉(zhuǎn)子葉片高度的圓柱體。在eip風(fēng)機(jī)的一些實(shí)施例中，例如，風(fēng)轉(zhuǎn)子附接在磁性轉(zhuǎn)子的頂部，其包含位于外邊緣附近的磁體環(huán)。固定的垂直翼片將轉(zhuǎn)子封裝在將風(fēng)朝向中心引導(dǎo)的堅(jiān)固結(jié)構(gòu)中，例如，其可以為固定電感器(定子)提供框架。代替具有分布繞組的一個(gè)巨大的鋼芯，定子分段是用銅纏繞的模塊化“c”芯，并且圍繞轉(zhuǎn)子磁體等間隔地配置，在上方和下方配對(duì)。隨著轉(zhuǎn)子慢慢旋轉(zhuǎn)，磁通量以高速循環(huán)通過定子對(duì)，產(chǎn)生純正弦波ac功率，電壓和頻率隨著轉(zhuǎn)子速度(同步功率)增加。同步功率由定子的模塊陣列中的集成eip振蕩器電子器件組合和調(diào)節(jié)。

1.1.2利用大型轉(zhuǎn)子的慣性

盡管轉(zhuǎn)速較慢，較大半徑的風(fēng)力轉(zhuǎn)子增加了風(fēng)掃過面積和能量勢。慣性和機(jī)械轉(zhuǎn)矩隨半徑的平方以及總重量增加，如大而重的飛輪。大飛輪是用于機(jī)械轉(zhuǎn)矩的優(yōu)良的存儲(chǔ)和調(diào)節(jié)裝置，但是對(duì)于在軸上的直接發(fā)電而言移動(dòng)太慢。在大多數(shù)風(fēng)力渦輪機(jī)中，轉(zhuǎn)子需要超級(jí)光以比風(fēng)速更快地旋轉(zhuǎn)以直接運(yùn)行發(fā)電機(jī)軸。eip技術(shù)通過風(fēng)轉(zhuǎn)子的大半徑和增強(qiáng)的質(zhì)量將低速下的高機(jī)械轉(zhuǎn)矩直接轉(zhuǎn)換為邊緣處而不是中心處的有用電功率，在低速下最大化和穩(wěn)定電功率。

能量存儲(chǔ)飛輪通常使用小半徑的轉(zhuǎn)子并且在高速下操作，因?yàn)槟芰看鎯?chǔ)電勢隨速度指數(shù)地增加。在eip技術(shù)中，飛輪是重型旋轉(zhuǎn)圓柱體；在一定速度下，累積慣性變得顯著，在角速度的小變化中放大能量勢。eip技術(shù)將動(dòng)力從過剩慣性朝向控制轉(zhuǎn)子速度再循環(huán)，進(jìn)一步增強(qiáng)飛輪存儲(chǔ)時(shí)間。

高慣性傳遞類似于大型電池組的峰值功率輸出。eip風(fēng)機(jī)不需要電池和其他臨時(shí)存儲(chǔ)。在需要長期存儲(chǔ)的情況下，例如在離網(wǎng)應(yīng)用中，電池組可以由燃料電池替換。

1.1.3模塊化架構(gòu)

所公開的eip技術(shù)通過與模塊化架構(gòu)的大規(guī)模并行性從更少的材料重量和成本增強(qiáng)了功率產(chǎn)生。將大量的磁體、鐵、銅和硅分解成優(yōu)化的模塊，從整體方法的等效材料質(zhì)量產(chǎn)生更多的功率。eip技術(shù)提供了新型的三相發(fā)電機(jī)模塊，圍繞轉(zhuǎn)子邊緣堆疊，其中推力乘以轉(zhuǎn)子半徑是總轉(zhuǎn)矩。換句話說，用于旋轉(zhuǎn)機(jī)器的等效電輸入被模塊操作的半徑放大，以從相同量的銅、鋼和磁體傳遞更大的轉(zhuǎn)矩。

在一些實(shí)施方式中，例如，每個(gè)發(fā)電機(jī)模塊是接收來自圍繞風(fēng)轉(zhuǎn)子的磁性軌道的激勵(lì)而不是旋轉(zhuǎn)軸的線性化三相機(jī)器。使用三個(gè)分裂電感器，相對(duì)于在任何時(shí)刻之間通過的八個(gè)轉(zhuǎn)子磁體，一半在轉(zhuǎn)子上方并且一半在轉(zhuǎn)子下方，eip技術(shù)包括用于磁體和定子的特定物理布局，其在任何三個(gè)相鄰定子之間實(shí)施三相同步操作。由于每個(gè)模塊都是同步的，標(biāo)準(zhǔn)的三相電子整流器和工業(yè)驅(qū)動(dòng)器可用于現(xiàn)成的dc轉(zhuǎn)換和電動(dòng)控制。

在最小配置中，例如，三個(gè)模塊圍繞轉(zhuǎn)子間隔120度布置。對(duì)于更大的功率，四個(gè)可以以正交的方式間隔90度布置。六個(gè)可以形成具有60度分離的星形配置。數(shù)字可以幾何擴(kuò)大，直到eip機(jī)的整個(gè)圓周都充滿發(fā)電機(jī)模塊。

1.1.4電磁轉(zhuǎn)矩直接轉(zhuǎn)換為功率

在一些實(shí)施方式中，例如，eip技術(shù)使用無傳感器技術(shù)，其使用數(shù)字信號(hào)處理從同步功率直接讀取定時(shí)提示。電磁轉(zhuǎn)矩控制發(fā)生得比風(fēng)速的變化快，因此來自陣風(fēng)的能量被平穩(wěn)地從轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩變化中吸收。

平穩(wěn)的轉(zhuǎn)矩控制溫和地加速轉(zhuǎn)子，存儲(chǔ)作為慣性的過多能量，其隨著速度顯著積累。發(fā)電機(jī)模塊同時(shí)作為電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)運(yùn)行，而eip技術(shù)響應(yīng)速度快于風(fēng)，甚至快于負(fù)載變化。

基本上，例如，eip機(jī)包含在dc網(wǎng)絡(luò)上共享和組合功率的許多較小的電機(jī)。對(duì)于速度控制，一個(gè)模塊用作電動(dòng)機(jī)，而兩個(gè)或更多個(gè)發(fā)電。電動(dòng)模塊通過施加到轉(zhuǎn)子半徑的推力突發(fā)來維持負(fù)載下的速度。在某一速度下，來自慣性的能量超過負(fù)載和電氣/機(jī)械開銷，產(chǎn)生稱為“檢修”的狀況，當(dāng)電動(dòng)模塊變?yōu)榘l(fā)電機(jī)時(shí)，通過反向電動(dòng)從該狀態(tài)收獲電力。

1.1.5電子機(jī)械振蕩的能量存儲(chǔ)

eip技術(shù)將來自風(fēng)和慣性的能量與電子動(dòng)作相結(jié)合，產(chǎn)生eip振蕩。旋轉(zhuǎn)慣性允許轉(zhuǎn)子抵抗速度變化：突然的陣風(fēng)下的加速，或電負(fù)載變化下的減速。eip振蕩沿正方向放大慣性效應(yīng)：增加來自重轉(zhuǎn)子的風(fēng)力的吸收，同時(shí)減少峰值負(fù)載的減速。實(shí)際上，例如，僅使用保持電子器件運(yùn)行所需的微小量的功率乘以轉(zhuǎn)子飛輪儲(chǔ)能時(shí)間。

1.1.6清潔和更高效的發(fā)電

當(dāng)大型常規(guī)發(fā)電機(jī)的所有繞組都合在一起時(shí)，它們拾起從轉(zhuǎn)子泄漏的雜散磁場。所得到的ac輸出是粗糙的，充滿轉(zhuǎn)子諧波，其產(chǎn)生熱量而不是有用功率。同步發(fā)電機(jī)產(chǎn)生純正弦波。eip技術(shù)通過使用集中雜散磁場的新型電子/磁性設(shè)計(jì)，將芯元件分開和隔離為緊湊段。結(jié)果是具有低諧波含量的模塊化同步功率，有效地轉(zhuǎn)換為dc并與其他模塊組合。

1.2城市屋頂風(fēng)力

eip風(fēng)機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)和慢旋轉(zhuǎn)速度使其非常適合屋頂。eip風(fēng)機(jī)可以放置在沒有塔的屋頂，以最大地暴露于風(fēng)。風(fēng)從四周流入，在任何方向從陣風(fēng)中提取最大瞬時(shí)風(fēng)力。轉(zhuǎn)子是安靜的，因?yàn)樗D(zhuǎn)如此緩慢，中空的中心增強(qiáng)風(fēng)流穿過機(jī)器。相鄰的eip風(fēng)機(jī)在本地共享電網(wǎng)上組合，以創(chuàng)建城市風(fēng)電場，從靠近屋頂?shù)娘L(fēng)流和湍流中獲得其資源潛力。

1.2.1來自陣風(fēng)的功率

常規(guī)風(fēng)機(jī)需要穩(wěn)定的非湍流風(fēng)況，這在城市環(huán)境中很少發(fā)生。更多的時(shí)候，高風(fēng)能出現(xiàn)在短暫而強(qiáng)大的陣風(fēng)中。eip技術(shù)轉(zhuǎn)換來自脈沖轉(zhuǎn)子在一小部分旋轉(zhuǎn)內(nèi)的功率，比風(fēng)速變化快得多。代替十分鐘的間隔，eip技術(shù)以毫秒捕獲動(dòng)力。

eip風(fēng)機(jī)是超可靠、堅(jiān)固的，足以處理極高的通常會(huì)破壞高塔上的風(fēng)機(jī)的陣風(fēng)。通過擴(kuò)展電氣和機(jī)械負(fù)載的冗余架構(gòu)，允許在降低的功率下連續(xù)操作，無需對(duì)單個(gè)部件故障進(jìn)行立即維修。故障部件在運(yùn)行期間被識(shí)別，并在常規(guī)服務(wù)間隔期間更換，從而降低總體停機(jī)時(shí)間。

1.2.2來自無風(fēng)的功率

來自電網(wǎng)的微小功率，eip風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子在沒有風(fēng)的幫助下保持旋轉(zhuǎn)。在“待機(jī)”模式下，轉(zhuǎn)子慣量和空氣動(dòng)力學(xué)加上電子速度控制超靈敏地吸收來自光隨機(jī)陣風(fēng)和屋頂熱對(duì)流的能量。當(dāng)電網(wǎng)的功率滲入時(shí)，eip風(fēng)機(jī)傳遞由轉(zhuǎn)子慣性和電子器件支持的功率，具有巨大的浪涌電位。高浪涌功率穩(wěn)定了本地電網(wǎng)服務(wù)中的峰值和谷值，并且在沒有電池的情況下協(xié)助直接連接的太陽能電池板和燃料電池提供穩(wěn)定的電網(wǎng)質(zhì)量功率。

1.2.3eip風(fēng)機(jī)和屋頂太陽能

在所公開的eip技術(shù)的一些實(shí)施方式中，eip風(fēng)機(jī)可與屋頂太陽能系統(tǒng)集成，以提供延展的多源可再生(“綠色”或“清潔”)能量解決方案，例如在城市或農(nóng)村環(huán)境中。屋頂太陽能在陽光明媚的日子在樹木和高層建筑沒有遮蔽的地方的白天時(shí)間工作。屋頂太陽能未能在24小時(shí)的時(shí)間里提供能量輸出。然而，屋頂太陽能是從城市景觀提取電力的偉大的方式，長期保持零維護(hù)和燃料成本。

eip風(fēng)機(jī)是理想的城市屋頂能源，在日光或完全黑暗的環(huán)境中，以安靜、堅(jiān)固、建筑上令人愉快的形式產(chǎn)生當(dāng)?shù)叵M(fèi)的電力。eip風(fēng)機(jī)在總功率輸出方面占用很少的屋頂空間，對(duì)城市景觀的影響很小，沒有塔或線，沒有鋒利的邊緣或暴露的風(fēng)葉片。eip風(fēng)機(jī)是獨(dú)立的。只要把它放置在堅(jiān)固的屋頂平臺(tái)，并連到電網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)接口(有線或無線)從任何位置提供設(shè)置、監(jiān)視和控制功能。結(jié)合屋頂太陽能，eip風(fēng)機(jī)提供備用存儲(chǔ)和浪涌功率作為低速高慣性飛輪，提供了電池組的替代品。

1.3高可靠性可縮放的模塊化設(shè)計(jì)

風(fēng)力渦輪機(jī)最大的缺點(diǎn)之一是到更大的尺寸的可縮放性。較小的模型似乎在實(shí)驗(yàn)室中工作得很好，但是當(dāng)半徑擴(kuò)大時(shí)，旋轉(zhuǎn)速度減慢，并且機(jī)械轉(zhuǎn)矩增加到不能有效地產(chǎn)生電力的點(diǎn)。在eip風(fēng)機(jī)中，發(fā)電自然隨著轉(zhuǎn)子尺寸而擴(kuò)大。緩慢不是問題，因?yàn)檩^大的半徑允許空間用于更大數(shù)量的發(fā)電部件。eip設(shè)計(jì)原則是可縮放的，可擴(kuò)展為最大的能量吸收和功率輸出的非常大尺寸的eip風(fēng)機(jī)。

最佳的eip風(fēng)機(jī)尺寸匹配安裝位置的資源潛力。選擇模塊化“風(fēng)區(qū)”的高度和半徑，其定義總機(jī)械功率。較大的風(fēng)區(qū)半徑支持在平均旋轉(zhuǎn)速度下產(chǎn)生最大功率所需的更多發(fā)電機(jī)磁極。添加模塊化eip電磁部件以與嵌入轉(zhuǎn)子圓周周圍的永磁體相互作用，以優(yōu)化功率輸出。

1.3.1容錯(cuò)機(jī)械設(shè)計(jì)

為了可靠性，eip風(fēng)機(jī)只有一個(gè)移動(dòng)部件，其中機(jī)械系統(tǒng)用磁體、線圈和電子器件代替。直接驅(qū)動(dòng)不需要機(jī)械齒輪箱、滑環(huán)或換向。例如，主軸承故障導(dǎo)致常規(guī)風(fēng)機(jī)中的最大停機(jī)時(shí)間。所公開的eip技術(shù)的中空中心消除了主軸承，例如，使用多個(gè)較小的軸承，其將負(fù)載分布在轉(zhuǎn)子圓周周圍，其中應(yīng)力最小。例如，如果軸承失效，整體操作不受影響。

1.3.2發(fā)電機(jī)模塊

例如，第二高的停機(jī)時(shí)間是發(fā)電機(jī)故障。eip風(fēng)機(jī)將發(fā)電機(jī)分為離散的電感器，組織為三相模塊，共享公共的dc連接。集成整流器將三相ac轉(zhuǎn)換為dc，將每個(gè)發(fā)電機(jī)模塊與下一個(gè)隔離。如果一個(gè)故障，機(jī)器保持在低功率輸出下運(yùn)行，而不是完全關(guān)閉。

風(fēng)被轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的eip風(fēng)區(qū)具有在固定一個(gè)內(nèi)部旋轉(zhuǎn)的一個(gè)移動(dòng)部件?？偢叨群桶霃蕉x總風(fēng)掃過面積，圓柱體的表面積。此外，例如，還可以選擇用于建筑考慮的選項(xiàng)，例如顏色、高度限制和屋頂空間，并且與特定的eip風(fēng)機(jī)配置結(jié)合。

1.3.3低成本和可制造的設(shè)計(jì)

通過eip技術(shù)，所有電磁元件的尺寸被優(yōu)化、微調(diào)以在最小的重量和成本產(chǎn)生最大功率，并以模塊化設(shè)計(jì)進(jìn)行復(fù)制。eip風(fēng)機(jī)可以由常見材料制成，例如在任何高效率前負(fù)載洗衣機(jī)中發(fā)現(xiàn)的不銹鋼、鋁、銅和磁體。結(jié)構(gòu)部件可以由激光切割板材制成。其他部件，如磁體、電感器芯、線圈、電子器件和軸承，可以從寬范圍的原始設(shè)備制造商(oem)來源中選擇。eip技術(shù)的主要優(yōu)勢是在本地建造，使用非異乎尋常的設(shè)施、技能和制造技術(shù)在安裝地點(diǎn)附近組裝eip風(fēng)機(jī)。

1.4eip自發(fā)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

eip技術(shù)指定網(wǎng)絡(luò)接口(例如，無線、有線或光纖)，用于從方便的位置監(jiān)測和控制eip風(fēng)機(jī)。例如，使用該接口，多個(gè)eip風(fēng)機(jī)可以作為“自發(fā)”網(wǎng)絡(luò)操作，通過位置和實(shí)時(shí)功率需求鏈接。功率調(diào)節(jié)是eip風(fēng)機(jī)架構(gòu)的副產(chǎn)品，在本地水平穩(wěn)定地傳遞可再生能源。在說明性示例中，當(dāng)陣風(fēng)在村鎮(zhèn)附近傳播時(shí)，人口稠密區(qū)域中的自發(fā)網(wǎng)絡(luò)上的eip風(fēng)機(jī)捕獲功率波。網(wǎng)絡(luò)上的每個(gè)eip風(fēng)機(jī)能夠向所有其他共享狀態(tài)，得到風(fēng)和電網(wǎng)條件的實(shí)時(shí)流，通過其所有eip風(fēng)機(jī)同步功率存儲(chǔ)和調(diào)節(jié)。當(dāng)過剩功率由一個(gè)機(jī)器產(chǎn)生，另一個(gè)可以瞬間吸收它，與電網(wǎng)段上的所有其他eip風(fēng)機(jī)工作以在本地平衡功率需求。

1.4.1滿足本地電力需求的電網(wǎng)互動(dòng)

令人遺憾地，現(xiàn)有的電網(wǎng)本質(zhì)上是能源浪費(fèi)系統(tǒng)，風(fēng)電整合被認(rèn)為是討厭的。來自數(shù)百英里銅線的損失，加上用于調(diào)節(jié)傳遞功率的變壓器中磁鋼的發(fā)熱，取消了從風(fēng)進(jìn)入電網(wǎng)的功率。為了使電網(wǎng)始終保持運(yùn)行，發(fā)電廠必須以滿功率運(yùn)行，以保持電網(wǎng)調(diào)節(jié)所需的磁場，并且風(fēng)電場必須由“柔性”水電或化石燃料發(fā)電支持。本地能源生產(chǎn)和節(jié)約簡單地減少功率賬單，但在大局中，沒有為電網(wǎng)產(chǎn)生實(shí)際的功率。電網(wǎng)中繼可再生能源只是將儀表向后移動(dòng)的手法，過剩的可再生能源簡單地作為熱量散發(fā)到服務(wù)變壓器中。

eip風(fēng)機(jī)為本地電網(wǎng)的屋頂功率的發(fā)電和轉(zhuǎn)售提供了理想的解決方案。對(duì)于計(jì)費(fèi)和功率管理，eip自發(fā)網(wǎng)絡(luò)上的專用加密通道提供了對(duì)公用事業(yè)中所有eip風(fēng)機(jī)的遠(yuǎn)程管理。在真正的凈計(jì)量架構(gòu)中，私有信道準(zhǔn)確地報(bào)告了網(wǎng)絡(luò)范圍的可再生能源利用率與電網(wǎng)傳遞量。eip風(fēng)機(jī)的廣泛使用提供了消除旁路發(fā)電廠的方法，其備用所有大風(fēng)力和太陽能發(fā)電場，以及不能賣給用戶的用于電網(wǎng)調(diào)節(jié)的所有浪費(fèi)的功率。

1.4.2自組織本地定位系統(tǒng)

在自發(fā)網(wǎng)絡(luò)上，恒定的信息流表示瞬時(shí)能量條件。在每個(gè)eip風(fēng)機(jī)中，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)被映射到本地地形(物理的和電氣的)，創(chuàng)建聚焦于本地需求的功率共享的框架。由于所有eip風(fēng)機(jī)在使用功率的地方附近產(chǎn)生功率，并且更快地操作風(fēng)和負(fù)載變化，所以每個(gè)預(yù)測和調(diào)整通過網(wǎng)絡(luò)波動(dòng)的浪涌和下陷，例如能夠在適當(dāng)?shù)臅r(shí)刻添加恰好足夠的剩余功率，用于調(diào)節(jié)。例如，由于位置是關(guān)鍵，該框架產(chǎn)生了自組織本地定位系統(tǒng)的副作用，其是完全基于地面的，不需要衛(wèi)星或跨洋光纖。

1.5eip技術(shù)和可持續(xù)的電網(wǎng)系統(tǒng)

可持續(xù)能源系統(tǒng)的特點(diǎn)是生產(chǎn)過剩的可再生能源，生產(chǎn)總是超過需要的量，消耗多余的能量以保持平衡。在低能量生產(chǎn)時(shí)，如在使用太陽能時(shí)的陰暗陰天，需要臨時(shí)存儲(chǔ)，這允許有限的使用時(shí)間，直到電源關(guān)閉。一旦功率出現(xiàn)故障，可持續(xù)性的真正含義就會(huì)暴露出來：產(chǎn)量超過使用，或者休息。

電網(wǎng)是不可持續(xù)的，需要大大超過預(yù)期需求的大量的能量輸入，而不考慮自然限制。eip技術(shù)打開了通向可持續(xù)電網(wǎng)的途徑，許多eip風(fēng)機(jī)提供局部發(fā)電、存儲(chǔ)和調(diào)節(jié)，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)刻以極高的效率共享過剩的功率。消除了長距離電力線和升壓變壓器，以及用于風(fēng)電場的旁路發(fā)電廠。

1.5.1備份和能量存儲(chǔ)的本地解決方案

當(dāng)電網(wǎng)電源不穩(wěn)定時(shí)，自動(dòng)eip風(fēng)機(jī)網(wǎng)絡(luò)可以運(yùn)行以透明地接管。例如，重轉(zhuǎn)子提供足夠的慣性以解決臨時(shí)功率干擾。例如，eip風(fēng)機(jī)的堅(jiān)固結(jié)構(gòu)抵抗颶風(fēng)下的故障，因此即使長距離電力線被切斷，也保持本地服務(wù)。例如，在城市環(huán)境中，eip技術(shù)提供了共享本地生成的可再生能源的解決方案，成本低，影響最小。eip技術(shù)的廣泛采用消除了對(duì)大型遠(yuǎn)程發(fā)電廠、巨大的變壓器和長期低效的傳輸系統(tǒng)的需求。當(dāng)許多eip風(fēng)機(jī)組合在網(wǎng)絡(luò)上時(shí)，它們的組合電磁轉(zhuǎn)矩代表了巨大的瞬時(shí)功率容量以滿足負(fù)載需求，或者當(dāng)資源低時(shí)緩慢地下降。

1.5.2100％可再生電網(wǎng)的途徑

eip技術(shù)將高速電子控制下的發(fā)電嵌入大型飛輪。在城市景觀中的eip風(fēng)機(jī)網(wǎng)絡(luò)可以創(chuàng)建具有足夠慣性的風(fēng)電場，為快速、高效的捕獲、存儲(chǔ)和調(diào)節(jié)系統(tǒng)提供動(dòng)力，從而將屋頂資源的衰退和流量立即轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的消費(fèi)能力。例如，如果遠(yuǎn)程水電、風(fēng)電場和輸電系統(tǒng)發(fā)生故障，基于eip技術(shù)的分布式本地發(fā)電和配電系統(tǒng)可在沒有中斷的情況下運(yùn)行，這得益于eip風(fēng)機(jī)的工程設(shè)計(jì)；缺少100％可再生能源的成分。

2操作原理

eip技術(shù)包括磁性器件的特定布置以及用于模塊化線性同步機(jī)的嵌入式電子控制。模塊圍繞轉(zhuǎn)子圓周組合，以形成大的同步永磁機(jī)器。磁路設(shè)計(jì)保證任何三個(gè)相鄰定子的三相勵(lì)磁，例如，其可以在轉(zhuǎn)子中的磁軌周圍等間隔。集成eip振蕩器電子器件在通用dc連接(dc鏈路)上組合電力。每個(gè)模塊在慢轉(zhuǎn)子速度下從高機(jī)械轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生功率，以快電速從轉(zhuǎn)子磁場產(chǎn)生功率。三個(gè)模塊形成最小的eip機(jī)，在轉(zhuǎn)子周圍成組地復(fù)制，用于大電磁轉(zhuǎn)矩勢。除了每個(gè)模塊將其轉(zhuǎn)矩乘以轉(zhuǎn)子半徑，總功率是所有模塊的總和，例如，像圓形軌道上的機(jī)車。例如，當(dāng)完全填充時(shí)，eip機(jī)比常規(guī)發(fā)電機(jī)和變速器更快速和更有力地傳遞電磁轉(zhuǎn)矩。

2.1eip機(jī)：超高效率軸向通量發(fā)電機(jī)

與轉(zhuǎn)子中心平行的軸向磁通為許多垂直軸線風(fēng)機(jī)提供動(dòng)力。許多使用沒有鐵芯的定子，只有具有鋼安裝板的銅線圈，保持圍繞旋轉(zhuǎn)的表面安裝的磁體。這減少了磁拖拽吸引到電感器芯的影響，降低了啟動(dòng)的最小風(fēng)速。然而，這種設(shè)計(jì)不能將轉(zhuǎn)子磁通集中到電力生產(chǎn)。

eip技術(shù)提供了新的發(fā)電機(jī)：模塊化高轉(zhuǎn)矩低速軸向磁通發(fā)電機(jī)，具有內(nèi)部永磁極，并且沒有中心軸。eip技術(shù)提升軸向磁通發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)遠(yuǎn)超過正常極限，將所有磁通集中到同步功率，從最少的銅和鋼最大化電磁轉(zhuǎn)矩，對(duì)中心軸上的剪切應(yīng)力無限制。

eip機(jī)將三相模塊磁器件與嵌入式eip振蕩器電子器件組合，以將機(jī)械轉(zhuǎn)矩的突然波動(dòng)轉(zhuǎn)換為由轉(zhuǎn)子慣性支持的穩(wěn)定電力。模塊化方法提供了將有效發(fā)電適應(yīng)于大而緩慢移動(dòng)的風(fēng)轉(zhuǎn)子的最佳方式。

2.1.1無驅(qū)動(dòng)軸，無限轉(zhuǎn)矩

eip機(jī)和其他大型發(fā)電機(jī)之間的一個(gè)主要區(qū)別是由于沒有中心軸而具有更大的電磁轉(zhuǎn)矩勢，其中剪切強(qiáng)度限制了大半徑上的推力。eip技術(shù)包括模塊化磁性器件，其使轉(zhuǎn)子邊緣處的機(jī)械轉(zhuǎn)矩與壓倒性推力相匹配，例如，而不是使軸扭轉(zhuǎn)和斷裂。此外，例如，為了容錯(cuò)和高可靠性，軸承負(fù)載是周圍擴(kuò)散的而不是集中的。

2.1.2負(fù)載控制的轉(zhuǎn)子速度

eip技術(shù)包括通過dc鏈路上的電負(fù)載調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子速度，或反向生成(電動(dòng))。在隨機(jī)的時(shí)間，負(fù)載減慢轉(zhuǎn)子，而風(fēng)速加快它。使用正向和反向電動(dòng)的瞬時(shí)脈沖，隨著速度變化以受控的方式發(fā)生，保持了總慣性。

2.1.3通過eip振蕩器電子器件的增強(qiáng)的飛輪存儲(chǔ)

eip磁性轉(zhuǎn)子代表了低速下高轉(zhuǎn)矩的理想飛輪，自然地支撐風(fēng)力吸收。嵌入式eip振蕩器電子器件對(duì)一小部分旋轉(zhuǎn)的隨機(jī)變化注入推力響應(yīng)，快于機(jī)械速度。這將寬的動(dòng)態(tài)范圍的風(fēng)況轉(zhuǎn)換成逐漸的轉(zhuǎn)子速度變化。

當(dāng)負(fù)載小于風(fēng)加慣性時(shí)，電子相互作用將慣性存儲(chǔ)時(shí)間延長超過飛輪存儲(chǔ)效應(yīng)。當(dāng)轉(zhuǎn)子速度在松弛振蕩中上升和下降時(shí)，其將來自風(fēng)和慣性的功率引向電負(fù)載加上轉(zhuǎn)子速度調(diào)節(jié)。轉(zhuǎn)子速度中的小變化對(duì)應(yīng)于能量勢的大變化。

對(duì)于甚至更大的存儲(chǔ)時(shí)間，例如，通過eip自發(fā)網(wǎng)絡(luò)鏈接的eip風(fēng)機(jī)的集群從機(jī)器之間的過量慣性彈回功率。在寬的地理區(qū)域上，通過振蕩的存儲(chǔ)時(shí)間擴(kuò)大，為100％的本地可再生功率提供了基礎(chǔ)。

2.2磁性設(shè)計(jì)

直接驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)需要發(fā)電機(jī)磁性設(shè)計(jì)的兼容性，以克服以下對(duì)效率的限制。例如，慢轉(zhuǎn)子速度意味著更多的磁極，因此發(fā)電機(jī)半徑必須更大。定子芯必須靠近磁極；作用在大半徑上的磁性吸引力產(chǎn)生過大的齒槽力，迫使更高的啟動(dòng)風(fēng)速。定子繞組和整體式芯必須封裝轉(zhuǎn)子圓周，這產(chǎn)生了過重的機(jī)器。長定子繞組從磁轉(zhuǎn)子漏磁通產(chǎn)生諧波。作用在大半徑上的巨大的電磁轉(zhuǎn)矩可以破壞中心軸。

eip磁性設(shè)計(jì)克服了這些限制，而不降低效率。芯被分段并布置為形成離散的永磁同步機(jī)。芯與磁體的布置減小了齒槽力。分段芯在較高頻率下比整體式芯表現(xiàn)出較小的渦流損失。同步功率是清潔的，產(chǎn)生純正弦波輸出。在一些實(shí)施例中，例如，示例性eip模塊化設(shè)計(jì)指定具有集成電子器件的三相磁性架構(gòu)，其隔離并集中雜散轉(zhuǎn)子磁通。磁通量在芯元件之間旋轉(zhuǎn)，使用不需要驅(qū)動(dòng)軸或齒輪箱的線性設(shè)計(jì)。

2.2.1永磁同步功率

同步發(fā)電機(jī)產(chǎn)生正弦波ac功率，電壓隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速(n)的增加而增加。頻率(f)也增加；多快取決于磁極數(shù)(p)，如以下公式2-1所示：同步功率頻率和磁極：

f＝pn/60(等式2-1)

在示例性eip機(jī)中，成對(duì)的磁體以交替極性嵌入，以形成一個(gè)發(fā)電機(jī)“極對(duì)”。在示例性eip風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子上使用上述公式，例如，具有形成80個(gè)極對(duì)的160個(gè)磁體，以每秒一轉(zhuǎn)(60rpm)旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生80hz(四分之三轉(zhuǎn)子速度＝60hz)的ac功率。在每秒1.5轉(zhuǎn)時(shí)，標(biāo)稱工作頻率為120hz。由于每個(gè)定子與兩個(gè)極對(duì)相互作用，所以四個(gè)磁體在一個(gè)周期之間通過，使感應(yīng)電壓的頻率加倍。當(dāng)定子和磁體之間的機(jī)械角度為30度時(shí)，電角度為60度。這是有利的設(shè)計(jì)選擇，其在慢轉(zhuǎn)子速度下使定子的電激發(fā)加倍。

示例性eip磁性設(shè)計(jì)將大塊鋼芯分割成隔離的硅鋼芯，具有薄層壓以減少渦流損耗，組織成圍繞轉(zhuǎn)子的模塊化三相機(jī)器。同步設(shè)計(jì)通過將所有磁通量(軸向、橫向和泄漏)集中到基本發(fā)電機(jī)頻率來保證在正確相位產(chǎn)生平滑的純正弦波(非梯形)，以實(shí)現(xiàn)低損耗。電子整流器隔離共享公共dc鏈路的定子繞組。具有集成整流器和模塊化三相格式的分布式芯元件提供了新的磁性設(shè)計(jì)，例如，在可能的最精細(xì)的控制水平下，以最高效率實(shí)現(xiàn)最大功率。模塊可以組合以匹配eip風(fēng)機(jī)配置。

2.2.2eip永磁線性同步機(jī)(pmlsm)

當(dāng)旋轉(zhuǎn)的四極三相定子和磁鐵在線布置時(shí)，eip永磁線性同步機(jī)(pmlsm)被定義。磁體和定子芯的相對(duì)尺寸和布置使齒槽轉(zhuǎn)矩最小化，并且實(shí)現(xiàn)任何三個(gè)相鄰定子對(duì)之間的三相操作，從通過其間的八個(gè)磁體的旋轉(zhuǎn)磁場獲得激勵(lì)。在旋轉(zhuǎn)和線性模型中，電感器芯面和極對(duì)之間的三十度機(jī)械關(guān)系在六十度相位之間產(chǎn)生電角度。定子之間的y形連接提供120度的三相操作。

圖2a示出了磁體和固定電感器(定子)之間的關(guān)系，其描繪了三相分組的磁與機(jī)械周期的關(guān)系。圖2a的圖示出了該示例性實(shí)施例的物理布局如何轉(zhuǎn)化為動(dòng)態(tài)三相操作。圖的上半部分示出了定子的頂層像書頁一樣打開，以指示磁極到定子腿部的圖案。下半部分示出了轉(zhuǎn)子邊緣處的視圖。定子與磁體的物理放置是緊湊的，具有窄的機(jī)械角度。電角度適合三相模型，是機(jī)械角度的兩倍，因?yàn)榇艠O是由相反極化的磁體對(duì)構(gòu)成的。對(duì)于完全三相y形操作，相對(duì)于定子芯的旋轉(zhuǎn)磁場的激勵(lì)是電角度的兩倍。

例如，每個(gè)eippmlsm類似于針對(duì)功率生產(chǎn)而優(yōu)化的線性定位器，其中3個(gè)定子形成“移動(dòng)器”，并且四個(gè)磁極嵌入在作為“軌道”的轉(zhuǎn)子圓周周圍的槽中。永磁體在寬度和厚度上相等，在交替的軸向極性上，由磁體寬度分開。定子極面匹配兩個(gè)磁體的占地面積，在由3％硅鋼片制成的“c”芯上。在轉(zhuǎn)子的相對(duì)側(cè)上的兩個(gè)c芯，在每個(gè)腿部上具有相等的繞組，在轉(zhuǎn)子磁體的上方和下方串聯(lián)布線，形成一個(gè)定子。給定的轉(zhuǎn)子圓周支撐一定數(shù)量的定子和圍繞轉(zhuǎn)子等距間隔開的磁體，分隔成三相組。磁體尺寸定義了定子尺寸，以及圍繞磁軌安裝的總數(shù)。均勻間隔的四個(gè)磁極與三個(gè)電感器芯的比例，使齒槽(轉(zhuǎn)矩波動(dòng))最小化，其中一個(gè)電感器/極對(duì)上的磁牽引通過三個(gè)磁體對(duì)在兩個(gè)電感器芯上牽引來平衡。

2.2.3eip同步發(fā)電機(jī)磁路

示例性eip磁路使用c芯以將來自轉(zhuǎn)子磁通的磁場集中到同步ac功率。轉(zhuǎn)子諧波增強(qiáng)基頻，以獲得最佳效率。c芯基本上是分裂變壓器芯，具有延伸的間隙以在其間容納磁轉(zhuǎn)子。

圖2b示出了從側(cè)面觀察的本技術(shù)的示例性eip同步發(fā)電機(jī)磁路的圖。在該圖中，來自永磁體的磁通的磁線遵循從北(n)到南(s)的最小阻抗的路徑。軸向磁通由磁性鋼進(jìn)行，加強(qiáng)為芯面排列，最終達(dá)到飽和。間隔開等于寬度和厚度的距離的、具有相反軸向極性的嵌入式轉(zhuǎn)子磁體提供用于漏磁通的次級(jí)磁路。結(jié)合c芯的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，該次級(jí)磁路將轉(zhuǎn)子漏磁場集中到同步功率。

在最小間隙處，例如芯面與磁體對(duì)準(zhǔn)處，最大磁通密度通過四個(gè)線圈飽和上和下半芯，串聯(lián)布線用于引線l1和l2處的最大電壓。l1連接到三相y形(u，v或w)的一個(gè)腿部，l2是公共連接(c)。每個(gè)線圈纏繞有相同數(shù)量的絕緣電動(dòng)線匝，其數(shù)量和長度適于給定的繞組面積。隨著芯與磁體之間的空間對(duì)齊，電壓下降到零，然后當(dāng)芯與相反極性的磁體對(duì)準(zhǔn)時(shí)產(chǎn)生完全負(fù)電壓，從而產(chǎn)生一個(gè)ac周期。

在該示例性設(shè)計(jì)中，c芯容易地與磁極對(duì)直接鄰近飽和，隨著轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)快速翻轉(zhuǎn)。這意味著全電壓不需要窄的磁隙，這允許對(duì)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)的更寬松的機(jī)械約束。這提高了eip風(fēng)機(jī)的容錯(cuò)能力，并降低了制造成本。

2.2.4捕集和集中雜散轉(zhuǎn)子磁通

在芯飽和的瞬間發(fā)生軸向磁通鏈。相鄰磁體之間的磁性吸引在兩個(gè)徑向方向上產(chǎn)生較弱的磁場，其捕獲轉(zhuǎn)子邊緣處的徑向通量。一旦轉(zhuǎn)子移動(dòng)，來自間隙周圍的邊緣通量的泄漏在該磁場中被與軸向通量同相經(jīng)過的c芯掃過。軌道彎曲還產(chǎn)生微量的橫向通量。垂直于磁體運(yùn)動(dòng)取向的不同長度的c芯疊片集中這相對(duì)少量的橫向通量。所有漏磁通分量(徑向、邊緣和橫向)與每個(gè)周期的軸向磁通組合，消除磁路水平處的轉(zhuǎn)子諧波。與磁極同步的磁場相對(duì)于定子芯旋轉(zhuǎn)。定子對(duì)中的每個(gè)c芯集中磁通并相對(duì)于磁體對(duì)完成磁路，產(chǎn)生沒有諧波的純?nèi)嗾也╝c。

與具有分布繞組的其他大型pm機(jī)器不同，當(dāng)pmlsm被組合時(shí)，因?yàn)樗鼈兪请娮舆B接的，所以雜散轉(zhuǎn)子磁場和諧波不是問題。所有轉(zhuǎn)子磁通集中在pmlsm水平，允許通過添加模塊構(gòu)造非常大的pm發(fā)電機(jī)，通過感應(yīng)雜散磁場而得到無限制的效率。

當(dāng)電動(dòng)時(shí)，切換模式電子反相產(chǎn)生不是純正弦波的波形。然而，保持磁體的鋁轉(zhuǎn)子是導(dǎo)電的，并且在風(fēng)轉(zhuǎn)子和定子之間存在低電流非正弦電勢，其隨著速度增加。需要在所有操作期間動(dòng)態(tài)連接整個(gè)風(fēng)區(qū)(轉(zhuǎn)子和翼片)的接觸。示例性eip風(fēng)機(jī)使用導(dǎo)電支撐滾子軸承來在風(fēng)轉(zhuǎn)子和基座之間產(chǎn)生電連接。這允許所有非正弦電動(dòng)驅(qū)動(dòng)電流遵循遠(yuǎn)離dc電源輸出的公共接地路徑。

2.2.5三相磁路

圖2c示出了本技術(shù)的示例性pmlsm三相磁路的圖。圖2c的圖示出了三個(gè)相鄰的定子如何作為y形以形成一個(gè)pmlsm，以及它們?nèi)绾闻c軸向轉(zhuǎn)子通量對(duì)齊。每個(gè)磁路的下腿部連接到公共點(diǎn)(c)。y形的每個(gè)上腿部(u，v和w)連接到eip振蕩器電子器件(例如，也參見第4節(jié)的示意圖)。

2.3eip風(fēng)機(jī)尺寸和擴(kuò)展

eip技術(shù)自然可縮放以生產(chǎn)非常大的內(nèi)部永磁發(fā)電機(jī)。在模塊化，機(jī)器和聯(lián)網(wǎng)機(jī)器水平的結(jié)構(gòu)中的自相似性支持分形通路擴(kuò)展。本節(jié)描述了用于eip風(fēng)機(jī)部件的一些示例性設(shè)計(jì)規(guī)則，其中有限數(shù)量的部件以某些模式復(fù)制，以用于擴(kuò)大eip風(fēng)機(jī)尺寸和功率。eip技術(shù)的關(guān)鍵方面是通過簡化使成本最小化：從一小組部件產(chǎn)生更多的功率，以特定方式復(fù)制以構(gòu)建eip風(fēng)機(jī)。當(dāng)半徑擴(kuò)大時(shí)，功率的最顯著增加可以發(fā)生。因此，eip風(fēng)機(jī)可以配置為典型的寬且低的輪廓，這是屋頂安裝的理想選擇。

2.3.1模塊化功率擴(kuò)大

每個(gè)pmlsm是具有集成功率電子器件的模塊化線性三相機(jī)。如果一個(gè)pmlsm能夠產(chǎn)生一千瓦的功率，例如圖2d所示，eip風(fēng)機(jī)的配置可以創(chuàng)建為三，四，五，六，八，十，十二，二十千瓦，最多為60對(duì)電感器。圖2d示出了描繪用于示例eip機(jī)半徑的示例性pmlsm模塊化組合的圖。圖2d所示的示例性組合包括但不限于eip風(fēng)機(jī)中的三，四，五，六，八，十，十二或二十個(gè)pmlsm。

除了功率擴(kuò)大之外，添加pmlsm的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是增強(qiáng)的瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩推力，其作用于用于機(jī)械功率擴(kuò)大的轉(zhuǎn)子半徑。每個(gè)模塊的功率乘以半徑，然后加到總和。例如，隨著半徑擴(kuò)大，圓周擴(kuò)大以適合更多的模塊，每個(gè)模塊將其功率乘以更大的數(shù)。大量的峰值功率勢容易適應(yīng)最強(qiáng)的陣風(fēng)。本專利文件的第4節(jié)提供了關(guān)于模塊化配置和電子器件的更多信息。

2.3.2磁體和c芯尺寸

磁體尺寸的選擇影響em部件的尺寸，其確定一個(gè)pmlsm的電功率。轉(zhuǎn)子半徑影響給定尺寸的磁體的磁極數(shù)量。轉(zhuǎn)子包含一定數(shù)量的磁體和布局，例如，eip技術(shù)規(guī)定了以下示例性設(shè)計(jì)規(guī)則。

1、每三個(gè)c芯八個(gè)磁體，上和下。

2、c芯面與一個(gè)磁體對(duì)的占用面積相匹配。

3、芯腿部的最小長度是其間空間的三倍。

4、轉(zhuǎn)子周圍的磁體之間的空間等于磁體寬度。

5、最小磁體長度是寬度的三倍。

6、磁體厚度等于寬度(和磁性轉(zhuǎn)子板的厚度)。

7、磁體通過其厚度極化，布置在相對(duì)的軸向?qū)χ小?/p>

例如，示例性eip風(fēng)機(jī)可以包括使用160個(gè)ndfeb磁體構(gòu)建的磁軌。磁體尺寸為2英寸長，通過1/2英寸厚度極化，分開1/2英寸嵌入轉(zhuǎn)子周圍。c芯面為2個(gè)1/2英寸，1/2英寸在11/2英寸腿部之間。磁體的布置導(dǎo)致55英寸的轉(zhuǎn)子直徑，支持用于20個(gè)三相pmlsm的足夠的電感器。本專利文件的第3節(jié)提供了關(guān)于磁性轉(zhuǎn)子物理特性的更多信息。

例如，磁體和c芯都是商品物品，以較低成本而不是優(yōu)化的電機(jī)磁性來選擇。eip磁性設(shè)計(jì)捕獲并集中了使用低成本磁性器件產(chǎn)生的泄漏和邊緣磁通，并具有最佳效率。

2.3.3感應(yīng)芯繞組和填充因子

定子芯繞組的數(shù)量可以由可以安裝在c芯腿部周圍的絕緣銅線的絕對(duì)數(shù)量決定。例如，對(duì)于給定的線類型，使用平均匝數(shù)長度(mlt)方法，總電感(和功率)由繞組數(shù)確定，每個(gè)長度由芯尺寸定義。在一定厚度的長線長度提供更高的dc電阻，這阻礙了磁致動(dòng)力。為了減少這些影響，必須選擇較大規(guī)格的導(dǎo)線。由于繞組面積是有限的，因此繞組的最佳數(shù)量取決于填充因子：繞組窗口中裸銅的相對(duì)量除以窗口橫截面面積。

在這樣的實(shí)施方式中，例如，基本設(shè)計(jì)規(guī)則是在任何給定時(shí)刻將最大量的裸銅暴露于轉(zhuǎn)子磁場。絕緣電機(jī)線的每個(gè)規(guī)格和類型為給定的芯尺寸提供一定的填充因子。使用從其數(shù)據(jù)表中的導(dǎo)線和絕緣的橫截面積，劃分到可用繞組窗口區(qū)域中，揭示了如何可能使匝減半。將導(dǎo)線橫截面中裸銅的數(shù)量乘以此數(shù)，并將其除以窗口面積，得到填充因子。計(jì)算導(dǎo)線類型和規(guī)格范圍，比較所有組合，并選擇具有最低dc電阻的最高填充因子和最大對(duì)應(yīng)匝數(shù)。對(duì)于一定尺寸的c芯，這保證了線圈的最大性能。圖2e示出了示例性c芯和填充因子的圖，其示出了c芯疊片和一個(gè)線圈的橫截面以及繞組橫截面積：

對(duì)于使用16規(guī)格導(dǎo)線的eip風(fēng)機(jī)的一些示例性實(shí)施例，填充因子為0.66(2/3)，每個(gè)c芯腿部的總繞組數(shù)為96。如果使用14規(guī)格正方形導(dǎo)線，則填充因子為0.85，每個(gè)腿部60匝。具有最高填充因子和最低dc電阻(dcr)的那個(gè)，其將最大量的銅暴露于轉(zhuǎn)子磁場，最適合于發(fā)電。然而，具有最高繞組數(shù)和最小填充因子的那個(gè)最適合用于電動(dòng)。由于eip技術(shù)涉及電動(dòng)和發(fā)電，通過測試兩個(gè)最佳設(shè)計(jì)可以找到給定芯尺寸的最佳公式。下表示出了適合示例性c芯腿部的導(dǎo)線尺寸的各種組合，以及相應(yīng)的線匝、填充因子和總dcr。

表2-1導(dǎo)線尺寸和填充因子組合

*具有最高填充因子的最低dcr。

**具有最低dcr的最高繞組數(shù)。

***使用此示例性芯尺寸的最佳mmf的最大繞組

2.3.4半徑擴(kuò)大

eip風(fēng)機(jī)優(yōu)化了一個(gè)c芯尺寸的磁體和繞組公式，用于可以用于較大半徑的磁性轉(zhuǎn)子的模塊化結(jié)構(gòu)。在安裝的模塊和風(fēng)掃過面積的某些增量處，轉(zhuǎn)子幾何尺寸調(diào)整為更大的功率。對(duì)于大得多的風(fēng)轉(zhuǎn)子或其他應(yīng)用，例如嵌入式機(jī)動(dòng)車輛車輪馬達(dá)或用于船的動(dòng)力推進(jìn)器，最佳磁體/電感器尺寸可以不同。增加具有機(jī)器半徑的磁體和芯的尺寸是增加電磁功率的一種方式。但是，較大電感器中的渦流損耗對(duì)電感器尺寸提出了上限。平衡所有因子產(chǎn)生用于具有最佳功率輸出的pmlsm的一組部件。較小的pmlsm被復(fù)制用于徑向膨脹，提供總功率的最顯著增加。一旦選擇了pmlsm尺寸，簡單地使用適合更多pmlsm的較長磁軌(例如最小4個(gè)意味著添加32個(gè)磁體)，擴(kuò)大了eip機(jī)器的尺寸和功率。這種技術(shù)允許產(chǎn)生非常大的半徑轉(zhuǎn)子。對(duì)于示例性圖中所示的示例性eip風(fēng)機(jī)，每32個(gè)磁體的整數(shù)倍將轉(zhuǎn)子半徑擴(kuò)大大約5英寸，從而容納四個(gè)附加的pmlsm。對(duì)于每種配置，極距保持恒定。使用這種技術(shù)，隨著半徑擴(kuò)大，em轉(zhuǎn)矩匹配機(jī)械轉(zhuǎn)矩，以及更多的磁極，以在較慢的速度下保持同步操作。圖2f示出了對(duì)于示例性尺寸的另外32個(gè)磁體使用相同的磁體和磁極間距的示例性磁性轉(zhuǎn)子擴(kuò)展的圖，其示出了磁轉(zhuǎn)子擴(kuò)展。

2.3.5風(fēng)區(qū)擴(kuò)展

eip風(fēng)區(qū)的風(fēng)掃過面積是風(fēng)轉(zhuǎn)子半徑和高度的圓柱體。增加半徑提供了更大的風(fēng)吸收和發(fā)電相對(duì)于高度增加的擴(kuò)大，因?yàn)閳A柱體的表面積隨半徑指數(shù)地?cái)U(kuò)大，并且隨著高度線性地?cái)U(kuò)大。較大半徑的風(fēng)區(qū)允許更多的發(fā)電硬件空間，以平衡機(jī)械轉(zhuǎn)矩的增加。因此，隨著尺寸增加，eip風(fēng)機(jī)對(duì)于高度趨于更寬，這在湍流風(fēng)中提供更大的穩(wěn)定性。

主要設(shè)計(jì)規(guī)則可以包括以下：(1)在外側(cè)支撐偶數(shù)個(gè)固定翼片，將風(fēng)從所有方向朝向轉(zhuǎn)子上的奇數(shù)個(gè)(略小于一半)風(fēng)葉片偏轉(zhuǎn)，(2)將半徑劃分為三份，1/3固定，1/3旋轉(zhuǎn)，1/3中空中心。這些關(guān)系在轉(zhuǎn)子半徑擴(kuò)大時(shí)保持，而葉片的總數(shù)增加。例如，風(fēng)區(qū)的偶數(shù)/奇數(shù)固定與旋轉(zhuǎn)部分對(duì)于防止風(fēng)轉(zhuǎn)子在各向異性流中的鎖定是關(guān)鍵的。例如，示例性eip風(fēng)機(jī)具有16個(gè)固定翼片和9個(gè)轉(zhuǎn)子葉片，具有2英尺的風(fēng)轉(zhuǎn)子半徑。這也通過對(duì)混亂條件呈現(xiàn)物理不平衡而自然地產(chǎn)生平穩(wěn)和穩(wěn)定的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)，從而增強(qiáng)了來自陣風(fēng)和湍流風(fēng)的能量的吸收。有關(guān)風(fēng)區(qū)的完整信息，包括機(jī)械和空氣動(dòng)力學(xué)操作，請(qǐng)參見第3節(jié)。圖2g示出了示例性風(fēng)區(qū)葉片(例如風(fēng)轉(zhuǎn)子葉片117)、翼片(例如固定翼片119)和中心(例如中空中心區(qū)域111)的俯視圖，以及eip風(fēng)機(jī)100中內(nèi)部風(fēng)流的平均路徑的示例。如圖2g的圖所示，風(fēng)葉片、翼片和中空中心之間的比例關(guān)系隨著半徑的擴(kuò)大而保持不變。

2.4eip震蕩

eip振蕩是自維持的，表示eip機(jī)中的所有組合的電和動(dòng)能，其中轉(zhuǎn)子速度和dc鏈路電壓周期性地上升和下降以保持功率平衡。隨著減小的負(fù)載或大風(fēng)導(dǎo)致的轉(zhuǎn)子速度增加，總能量勢增加。當(dāng)轉(zhuǎn)子在負(fù)載下減速時(shí)，其對(duì)風(fēng)速的突然變化高度敏感，這提高了能量吸收。當(dāng)總能量大于負(fù)載時(shí)，轉(zhuǎn)子速度在eip振蕩下在固定的dc鏈路電壓下上下移動(dòng)。eip振蕩也適用于eip風(fēng)機(jī)的自發(fā)網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)在電網(wǎng)上存儲(chǔ)和共享電力時(shí)。

2.4.1vanderpol模型

eip振蕩遵循vanderpol模型，其中寄生振蕩從其發(fā)生的系統(tǒng)中吸收能量。vanderpol模型由以下微分方程表征，等式2-2表示vanderpol微分方程：

x”+x＝ε(1–x²)x’對(duì)于ε>0(等式2-2)

該等式產(chǎn)生一個(gè)周期性解：具有穩(wěn)定極限循環(huán)的松弛振蕩。在eip技術(shù)中，x表示eip機(jī)功率的連續(xù)函數(shù)，并且ε對(duì)應(yīng)于振蕩周期。周期被鎖定到轉(zhuǎn)子速度的諧波：在死點(diǎn)，x等于零并且ε無窮大。隨著轉(zhuǎn)子速度增加，x增加而ε減小(但總是>>1)。當(dāng)非線性項(xiàng)ε(1-x²)x'達(dá)到發(fā)現(xiàn)方程的周期解的奇點(diǎn)時(shí)(對(duì)于給定的ε)，發(fā)生具有穩(wěn)定極限周期的振蕩。極限周期正朝向奇點(diǎn)吸引，在這種情況下從其發(fā)生的系統(tǒng)吸收能量。在轉(zhuǎn)子運(yùn)行速度(較大ε)下，對(duì)vanderpol方程的單周期解描述了弛豫振蕩，其迅速從平滑曲線跳躍到另一個(gè)并再次返回，如下圖所示：

圖2h示出了示例性vanderpol振蕩的曲線圖。該圖示出了用于振蕩極限周期的吸引子，其中點(diǎn)280從平滑彎曲部分跟隨寬箭頭281到峰值，然后快速跨越到新的半周期的開始。薄箭頭282表示從發(fā)生振蕩的系統(tǒng)中吸收的能量的比例。

2.4.2弛豫振蕩周期

vanderpol振蕩周期t可以分解為兩個(gè)部分：平滑的和快速的，如以下等式所示，等式2-3代表vanderpol振蕩周期：

t＝(3–2log2)ε+η(ε^-1/3)(等式2-3)

平滑的+快速的

在eip技術(shù)中，例如，平滑部分表示來自風(fēng)和慣性的能量，而快速部分表示為了維持轉(zhuǎn)子速度而注入的功率。周期被鎖定到轉(zhuǎn)子磁轉(zhuǎn)變速度的諧波。由于總能量是時(shí)間的函數(shù)，所以在單個(gè)周期內(nèi)所需的注入功率的相對(duì)量非常小(例如線性對(duì)數(shù)函數(shù)與負(fù)的三次冪函數(shù))。eip技術(shù)在轉(zhuǎn)子速度的整個(gè)范圍(例如更小的ε)上保持這種關(guān)系，其中更大部分的振蕩周期由旋轉(zhuǎn)速度增加時(shí)的慣性提供。

2.4.3負(fù)電阻振蕩器

例如，通過觀察來自用于負(fù)電阻振蕩器的電子電路的振蕩，開發(fā)了vanderpol模型，如圖2i所示。圖2i示出了本技術(shù)的示例性負(fù)電阻振蕩器的曲線圖和電路圖。該電路基于l和c以特定頻率振蕩。在該頻率下，振蕩是自持和吸引的。在負(fù)電阻振蕩器中，來自隧道二極管的e0與來自電池電源的i0一起被吸收以為振蕩供電。電容器和電感器存儲(chǔ)足夠的能量來為振蕩周期的快速部分供電。

2.4.4eip振蕩器

例如，eip振蕩器所需的最小電路量可能更復(fù)雜。圖2j示出了本技術(shù)的示例性最小eip振蕩器的圖。

將作為三相pmlsm在磁軌周圍操作的發(fā)電和電動(dòng)定子模塊以特定配置中組合，以產(chǎn)生eip振蕩器電路。最少兩個(gè)pmlsm被配置為在dc鏈路上的整流器串聯(lián)，作為用于電動(dòng)pmlsm中電壓源變換器(vsc)的電壓源，從而迫使dc鏈路電容器的電壓總是高于當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)電動(dòng)vsc所需的電壓。轉(zhuǎn)子速度通過dc鏈路上的負(fù)載減小，由電動(dòng)抵消以控制控制轉(zhuǎn)速和慣性。eip振蕩保持具有凈零轉(zhuǎn)矩的dc鏈路，以及隨著速度增加積累的轉(zhuǎn)子慣性的大量動(dòng)能。轉(zhuǎn)子速度的變化表示等于由風(fēng)吸收抵消的電力負(fù)載的能量勢。在eip振蕩期間，在恒定dc鏈路電壓下的轉(zhuǎn)子速度的周期性波動(dòng)以與vanderpol模型類似的方式對(duì)所有連接的負(fù)載以及從慣性吸收能量的振蕩進(jìn)行供電。eip振蕩無限地持續(xù)，直到轉(zhuǎn)子速度下降到某一閾值以下。本專利文件的第4節(jié)提供了關(guān)于eip振蕩器和vsc架構(gòu)的更多信息。

2.5eip操作模式

eip技術(shù)包括三種操作模式：滑行(coasting)、電動(dòng)(motoring)或發(fā)電(generating)。附接到每個(gè)定子的二極管整流器橋產(chǎn)生隨轉(zhuǎn)子速度增加的dc電壓：沒有負(fù)載附接，“滑行”操作模式。并聯(lián)晶體管開關(guān)控制整流器作為vsc，產(chǎn)生加速轉(zhuǎn)子正轉(zhuǎn)矩：“電動(dòng)”模式。來自電負(fù)載的負(fù)電磁轉(zhuǎn)矩減慢轉(zhuǎn)子：“發(fā)電”模式。當(dāng)并行pmlsm正在電動(dòng)和發(fā)電時(shí)，定義第四操作模式：“振蕩”模式。eip技術(shù)包括這些操作模式，以向軟件提供用于系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)和微調(diào)的反饋機(jī)制，如下表所概述。

表2-2示例性操作模式的eippmlsm

2.5.1eip模式控制

每個(gè)電動(dòng)pmlsm從一組參數(shù)操作，一些用于控制，其他用于狀態(tài)。中心控制器裝置在啟動(dòng)時(shí)全局地初始化電機(jī)參數(shù)，然后監(jiān)視狀態(tài)參數(shù)以確定操作模式。自主運(yùn)行，并行地，pmlsm電子控制發(fā)生得比風(fēng)速和負(fù)載變化快得多，因此有足夠的時(shí)間來監(jiān)視操作模式和微調(diào)參數(shù)。例如，在重負(fù)載和更高的轉(zhuǎn)子速度下，所有pmlsm都處于發(fā)電機(jī)模式，并且使轉(zhuǎn)子減速。例如，在減小的負(fù)載和無風(fēng)的情況下，一個(gè)pmlsm可以切換到電動(dòng)以保持轉(zhuǎn)子速度，同時(shí)另一個(gè)發(fā)電。當(dāng)單獨(dú)的pmlsm控制器遇到參數(shù)設(shè)置的異常，例如無負(fù)載的轉(zhuǎn)子超速時(shí)，它將滑行，直到恢復(fù)正常極限。

在某一點(diǎn)，功率的平衡使eip振蕩控制。所有安裝的pmlsm的隨機(jī)相互作用允許eip振蕩自然地從混亂和湍流(如任何非線性現(xiàn)象)的操作條件產(chǎn)生。一旦振蕩，eip機(jī)具有更大的功率勢，由上述寄生振蕩的自然行為支持。

例如，為了配置eip風(fēng)機(jī)用于更大的功率吸收，更多的pmlsm專用于電動(dòng)。對(duì)于具有更大風(fēng)可用性的安裝，只有一個(gè)pmlsm用于電動(dòng)，而所有其他pmlsm專用于發(fā)電。

eip風(fēng)機(jī)中的所有電動(dòng)pmlsm可以共享公共網(wǎng)絡(luò)硬件連接，如rs485，用于參數(shù)配置和監(jiān)視。遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件接收數(shù)據(jù)包，其中操作模式作為報(bào)頭并且包括其他實(shí)時(shí)信息(例如電壓、電流、溫度等)。隨著時(shí)間的過去，使用eip操作模式包，配置被微調(diào)以從安裝位置獲得最大能量。

2.5.2網(wǎng)絡(luò)化eip風(fēng)機(jī)操作模式

在eip風(fēng)機(jī)自發(fā)網(wǎng)絡(luò)中，操作模式/狀態(tài)數(shù)據(jù)包提供了與公共電網(wǎng)段上的其他機(jī)器同步的方式。eip操作模式具有分形質(zhì)量，在模塊、機(jī)器和網(wǎng)絡(luò)水平具有自相似性。在網(wǎng)絡(luò)上，eip模式指示以下內(nèi)容：

*模式0-滑行或離線。

*模式1-電動(dòng)，接受進(jìn)入的電網(wǎng)功率。

*模式2-發(fā)電，為電網(wǎng)提供功率。

*模式3-振蕩，表示剩余存儲(chǔ)功率。

有關(guān)詳細(xì)信息，請(qǐng)參考“系統(tǒng)架構(gòu)”和“編程”部分。

2.5.3pmlsm電機(jī)參數(shù)

每個(gè)pmlsm在工廠環(huán)境中都可以像旋轉(zhuǎn)三相電機(jī)一樣進(jìn)行控制。例如，三相驅(qū)動(dòng)器的制造商定義用于微調(diào)機(jī)器操作的一組參數(shù)。前三個(gè)參數(shù)從電感器的尺寸確定，其值使用線圈公式或通過直接測量計(jì)算。電機(jī)銘牌頻率表示標(biāo)稱同步ac輸入頻率。pm極距是磁軌中的極對(duì)之間的距離。使用本節(jié)結(jié)尾處“功率計(jì)算”部分(2.6節(jié))中的公式計(jì)算電機(jī)力常數(shù)和pm磁鏈。

表2-3電機(jī)參數(shù)

通過簡單的速度和電壓調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)能量平衡

一旦上升和旋轉(zhuǎn)，dc鏈路電壓達(dá)到自動(dòng)電壓和電動(dòng)pmlsm中的速度調(diào)節(jié)所需的水平。轉(zhuǎn)子速度由pmlsm使用正向和反向電動(dòng)操作來調(diào)節(jié)。dc鏈路的電負(fù)載和風(fēng)吸收發(fā)生在隨機(jī)時(shí)刻，同時(shí)電動(dòng)轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子速度，以維持dc鏈路電壓，如圖2k所示。圖2k示出了基本eip能量不平衡的圖。

eip技術(shù)通過響應(yīng)于負(fù)載和風(fēng)能變化的快速pmlsm電動(dòng)操作，積極管理風(fēng)能吸收、過剩慣性和電負(fù)載之間的差異不平衡。隨著轉(zhuǎn)子速度從風(fēng)能吸收和/或正向電動(dòng)增加，來自“檢修”的多余能量建立到需要更大負(fù)載以降低dc鏈路電壓的點(diǎn)。在沒有負(fù)載的情況下，pmlsm電動(dòng)在降低dc鏈路電壓的同時(shí)保持轉(zhuǎn)子速度(和慣性)。dc鏈路上的電負(fù)載降低電壓并降低轉(zhuǎn)子速度，而標(biāo)稱慣性趨向于使轉(zhuǎn)子保持速度。pmlsm調(diào)節(jié)操作在兩個(gè)方向提供即時(shí)推力，管理轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)，以在將電力傳送到負(fù)載時(shí)將dc鏈路保持在恒定水平。當(dāng)慣性加風(fēng)能大于電負(fù)載時(shí)，不再能保持dc鏈路電壓，并且基本不平衡變得混亂，通過由檢修供電的pmlsm電動(dòng)操作允許eip振蕩自然表現(xiàn)為周期性轉(zhuǎn)子速度和/或dc鏈路電壓波動(dòng)。

第4節(jié)：示例性電子硬件規(guī)范提供了關(guān)于eip電子器件調(diào)節(jié)功率和轉(zhuǎn)子速度的操作原理的更多信息。

2.6功率計(jì)算

eip技術(shù)從旋轉(zhuǎn)慣性產(chǎn)生功率；轉(zhuǎn)子的整個(gè)重量加上風(fēng)力是能量源。本小節(jié)提供了用于從慣性、電磁、風(fēng)源確定eip風(fēng)機(jī)總功率的等式。

2.6.1旋轉(zhuǎn)慣性

eip機(jī)磁性轉(zhuǎn)子是飛輪，其中存儲(chǔ)的能量等于各個(gè)質(zhì)量元件的動(dòng)能之和，可以使用以下公式計(jì)算，等式2-4(磁性轉(zhuǎn)子動(dòng)能方程)：

ker＝1/2irω²(等式2-4)

其中:

ir＝磁性轉(zhuǎn)子慣性矩，其是抵抗旋轉(zhuǎn)速度變化的能力，在這種情況下，在電負(fù)載的突然變化下保持轉(zhuǎn)子速度。

ω＝轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度(rpm)。

磁性轉(zhuǎn)子元件基本上是具有厚壁的均勻密度的中空?qǐng)A柱體，對(duì)其可以使用以下等式計(jì)算慣性矩，等式2-5(磁性轉(zhuǎn)子慣性矩方程)：

ir＝1/2m(r1²+r1²)(等式2-5)

其中:

m＝轉(zhuǎn)子質(zhì)量(kg)

r1＝轉(zhuǎn)子內(nèi)徑

r2＝轉(zhuǎn)子外徑

然而，磁性轉(zhuǎn)子元件實(shí)際上形成為三層，其中一層具有不同的密度。為了根據(jù)材料的密度精確確定慣性矩，使用以下等式，等式2-6(磁性轉(zhuǎn)子層慣性矩方程)：

il＝1/2πρh(r2⁴-r1⁴)(等式2-6)

其中:

ρ＝轉(zhuǎn)子層材料密度(kg/m³)

h＝轉(zhuǎn)子層厚度(米)

整個(gè)轉(zhuǎn)子慣性是每層的慣性加上瞬時(shí)風(fēng)力的總和。注意，隨著半徑增加，慣性指數(shù)地增加。用于能量存儲(chǔ)和產(chǎn)生的傳統(tǒng)飛輪使用具有低慣性矩的小半徑操作，其以極高速度旋轉(zhuǎn)。與高速飛輪不同，eip機(jī)利用大半徑和高慣性矩，僅在低速操作。在這兩種情況下，總能量存儲(chǔ)隨著角速度的平方而增加。在eip飛輪中，高慣性意味著即使它緩慢旋轉(zhuǎn)，峰值功率輸出自然增強(qiáng)，雖然存儲(chǔ)時(shí)間較少。eip技術(shù)利用高慣性的瞬時(shí)功率，通過電子振蕩增加總能量存儲(chǔ)。

2.6.2eip振蕩中的慣性功率

當(dāng)轉(zhuǎn)子速度增加時(shí)，來自慣性的功率創(chuàng)建。速度變化表示一定量的功率，如以下等式所示，等式2-7(總慣量功率等式)：

w＝ir(δrpm2π/60)²(等式2-7)

其中：w＝功率(瓦特-秒)

ir＝轉(zhuǎn)子慣性(kgm²)

δrpm＝角速度的變化，因?yàn)檗D(zhuǎn)子在負(fù)載下減速或隨著風(fēng)能吸收而增加。

從慣性恢復(fù)的功率等于電負(fù)載下轉(zhuǎn)子速度的向下變化。如果允許轉(zhuǎn)子一直減速，則轉(zhuǎn)子中的總功率容量被恢復(fù)。在eip風(fēng)機(jī)中，允許速度上下振蕩，不斷地存儲(chǔ)和退回慣性功率以保持dc鏈路電壓。當(dāng)風(fēng)和電負(fù)載廣泛波動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子以由每個(gè)安裝的pmlsm的參數(shù)設(shè)置確定的頻率緩慢地加速和減速。eip振蕩振幅(峰值功率)對(duì)應(yīng)于兩倍δrpm，表示兩個(gè)方向上的功率。

2.6.3存儲(chǔ)在磁場中的能量

eip機(jī)中的電磁功率來自轉(zhuǎn)子磁場，其由c芯通過氣隙集中，突然通過銅繞組，釋放電子并在線圈中感應(yīng)電流。隨著磁通轉(zhuǎn)變的速度增加，電流密度越大。從嵌入在轉(zhuǎn)子中的永磁體，因?yàn)楫a(chǎn)生它們的大量能量，磁通線不隨時(shí)間減弱，如以下等式所示，等式2-8(磁場功率等式)：

wv＝b²/2μ(等式2-8)

其中:

wv＝磁通中存儲(chǔ)的功率

μ＝磁隙和c芯的磁導(dǎo)率

b＝一個(gè)轉(zhuǎn)子磁體的磁通密度

例如，對(duì)于每個(gè)轉(zhuǎn)子磁體，ndfeb的磁通密度和高磁導(dǎo)率c芯產(chǎn)生高能磁場。乘以轉(zhuǎn)子中的磁體數(shù)量，總磁通顯露出大量的能量勢，這解釋了為什么電動(dòng)pmlsm從相對(duì)小的輸入產(chǎn)生大的電磁轉(zhuǎn)矩響應(yīng)。

2.6.4電磁功率和轉(zhuǎn)矩

每個(gè)pmlsm的數(shù)學(xué)模型基于描述定子電壓、磁鏈、功率和推力(轉(zhuǎn)矩)的等式。每個(gè)pmlsm像旋轉(zhuǎn)四極三相同步電機(jī)一樣處理。每個(gè)pmlsm的電磁轉(zhuǎn)矩和磁鏈相加得到總功率。該模型遵循直接正交(d-q)軸線慣例，使用轉(zhuǎn)子磁場作為旋轉(zhuǎn)參考系。當(dāng)使用d-q系時(shí)，模型變得更加簡單，并且用于旋轉(zhuǎn)機(jī)器的標(biāo)準(zhǔn)dtc技術(shù)與線性實(shí)施方式完美地工作?；旧希琩-q系表示三相到兩相的轉(zhuǎn)換，對(duì)于磁鏈與磁頻率，僅使用簡單的方程。

2.6.4.1定子電壓計(jì)算

來自eip機(jī)的總功率是每個(gè)pmlsm的功率的總和。未調(diào)節(jié)的定子電壓隨著轉(zhuǎn)子速度和總功率而增加，使用以下等式計(jì)算，等式2-9(d-q系定子電壓等式)：

ud(t)＝rid+dψd/dt–ωψq

uq(t)＝riq+dψq/dt–ωψd

pin＝3/2(udid+udid)(等式2-9)

其中r是定子繞組的線電阻,in是定子電流矢量,ω是ac頻率,以及ψnis是磁鏈?zhǔn)噶俊?/p>

2.6.4.2磁鏈計(jì)算

功率通過來自永磁體和纏繞在磁性鋼周圍的銅電感器的磁通量的互鎖線在機(jī)械和電域之間傳遞。d軸線和q軸線上的磁鏈?zhǔn)褂靡韵碌仁接?jì)算，等式2-10(d-q系磁鏈方程)：

ψd＝ldid+ψpm

ψq＝lqiq(等式2-10)

其中l(wèi)n是定子電感，以及ψpm是永磁體磁鏈。

2.6.4.3電磁功率和推力計(jì)算

em功率表示eip機(jī)響應(yīng)于來自風(fēng)轉(zhuǎn)子的機(jī)械功率可以產(chǎn)生多少功率。推力是旋轉(zhuǎn)機(jī)器中瞬時(shí)扭矩的線性等效值。根據(jù)磁鏈和定子電壓值，可以使用以下等式，等式2-11(三相功率和推力方程)，為每個(gè)pmlsm計(jì)算em功率和推力：

pem＝3/2ω[ψpm+(ld–lq)id]iq

f推力＝3/2π/τ[ψpm+(ld–lq)id]iq(等式2-11)

其中τ是pm極距，其是磁軌上的軸向極化永磁體對(duì)之間的物理距離。在eip機(jī)中，pmlsm在轉(zhuǎn)子周圍彼此同步操作，以形成具有功率和推力之和的一個(gè)大型機(jī)器。

2.6.5風(fēng)功率勢

任何風(fēng)機(jī)的風(fēng)功率勢由功率曲線顯示，其表示風(fēng)速范圍內(nèi)的機(jī)械功率。機(jī)械功率(瓦特/平方米)使用以下等式計(jì)算，等式2-12(機(jī)械風(fēng)功率)：

pm＝1/2ρcpau³(等式2-12)

其中ρ是在高度和溫度下的空氣密度(典型值為1.225kg/m³),cp是功率系數(shù)(風(fēng)功率勢與實(shí)際產(chǎn)生的功率的比率)，a是總風(fēng)掃過面積，其在eip風(fēng)機(jī)中等于半徑和高度等于風(fēng)轉(zhuǎn)子半徑和高度的圓柱體的表面積。u是風(fēng)速，單位為米/秒。pm在風(fēng)速范圍內(nèi)的映射產(chǎn)生了風(fēng)機(jī)的功率曲線。

來自標(biāo)準(zhǔn)螺旋槳型風(fēng)轉(zhuǎn)子的機(jī)械功率遭受湍流，不是由于缺乏風(fēng)能。突然陣風(fēng)具有巨大的力量，破壞層流風(fēng)流。風(fēng)功率被降級(jí)，因?yàn)樗挥?jì)算為隨時(shí)間的能量。強(qiáng)陣風(fēng)也可以支解螺旋槳葉片。eip風(fēng)機(jī)產(chǎn)生其自身的層流，以增強(qiáng)從風(fēng)速的突然變化的能量吸收。此外，它將來自所有方向的風(fēng)流導(dǎo)向轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)，并且轉(zhuǎn)子具有允許陣風(fēng)的高堅(jiān)固性。在直接控制下，來自突然陣風(fēng)的推力被轉(zhuǎn)換成有用功率，并且指向轉(zhuǎn)子速度的調(diào)節(jié)。轉(zhuǎn)子速度表示總功率勢，反映總慣量加風(fēng)轉(zhuǎn)矩。eip技術(shù)規(guī)定了用于風(fēng)轉(zhuǎn)子速度的電子控制架構(gòu)，其增強(qiáng)了來自陣風(fēng)的瞬時(shí)風(fēng)能的吸收，暫時(shí)存儲(chǔ)能量作為最大功率利用的旋轉(zhuǎn)慣性。這樣，eip風(fēng)機(jī)使用了通常被歸類為無用湍流的東西。使用相對(duì)于空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)的湍流建模的統(tǒng)計(jì)方法，縮放因子有效地增加了eip風(fēng)機(jī)的cp，超過正常極限。

eip技術(shù)驅(qū)動(dòng)風(fēng)轉(zhuǎn)子作為調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。當(dāng)轉(zhuǎn)子比層流風(fēng)流更快地旋轉(zhuǎn)時(shí)，eip風(fēng)機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)利用magnus效應(yīng)(在自由空氣中通過旋轉(zhuǎn)圓柱體產(chǎn)生的升力)來提高功率系數(shù)。kutta-joukowski定理提供了量化由magnus效應(yīng)產(chǎn)生的圓柱體每單位長度的升力的方法，如以下等式所示，等式2-13(由旋轉(zhuǎn)圓柱體產(chǎn)生的升力(magnus效應(yīng)))：

l＝ρ2πωr²v(等式2-13)

其中ω是旋轉(zhuǎn)的角速度，r是風(fēng)轉(zhuǎn)子半徑，v是圍繞圓柱體的風(fēng)流的速度。

在快速風(fēng)中，eip風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子是自限制的。隨著向前方向上的風(fēng)速在相反方向上接近風(fēng)拖拽力，加速度減慢到零，并且轉(zhuǎn)子在傳遞全功率時(shí)以一定速度停轉(zhuǎn)。

關(guān)于eip風(fēng)機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)的更多信息，請(qǐng)參考下一節(jié)。

2.6.6機(jī)械與電磁轉(zhuǎn)矩

在所有其他風(fēng)機(jī)上，中心軸限制施加到發(fā)電機(jī)的瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩；在軸扭轉(zhuǎn)或斷裂之前只允許總轉(zhuǎn)矩的一部分。在eip風(fēng)機(jī)中，機(jī)械轉(zhuǎn)矩不由中心軸限制，因此電磁轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)換是一對(duì)一的。這意味著所有轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩都可以轉(zhuǎn)換為電功率，其中來自風(fēng)推力的正機(jī)械轉(zhuǎn)矩被來自pmlsm推力的負(fù)電磁轉(zhuǎn)矩抵消。以下等式示出了風(fēng)轉(zhuǎn)子和pmlsm可產(chǎn)生的推力(等式2-14，風(fēng)與三相推力方程)：

f風(fēng)推力＝1/2ρa(bǔ)v²(等式2-14，1)

其中：a＝風(fēng)掃過面積＝風(fēng)轉(zhuǎn)子半徑r的圓柱體

v＝風(fēng)速

ρ＝空氣密度

f3相推力＝3/2π/τ[ψpm+(ld–lq)id]iq(等式2-14，2)

其中:τ是pm磁距

ln是定子電感

ψpm是永磁體磁鏈

in是定子電流

施加在風(fēng)轉(zhuǎn)子半徑r上的這些力限定施加的并直接轉(zhuǎn)換成功率的轉(zhuǎn)矩。

3機(jī)械和空氣動(dòng)力學(xué)規(guī)格

本節(jié)提供了例如eip風(fēng)機(jī)部件的機(jī)械規(guī)格，并描述了所公開的eip技術(shù)發(fā)明的用于直接風(fēng)力發(fā)電的新的空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)。機(jī)械設(shè)計(jì)遵循這些原則：

*在所有類型的天氣和湍流中的強(qiáng)度、容錯(cuò)性和可靠性。

*使用基本的制造技術(shù)和常見的原材料可建造。

*模塊化、可擴(kuò)展，支持快速現(xiàn)場服務(wù)和升級(jí)。

eip風(fēng)機(jī)靈感來自古波斯式格柵，具有移動(dòng)部件和固定部件，直接將風(fēng)力輸送到使用點(diǎn)。移動(dòng)部件是重的緩慢移動(dòng)的研磨轉(zhuǎn)子，大致是具有中心樞轉(zhuǎn)的環(huán)帶，由環(huán)繞在圓周上的一環(huán)風(fēng)帆(加上用于備用的牛)驅(qū)動(dòng)。靜止部件是在地面上與轉(zhuǎn)子圓周匹配的不可移動(dòng)的研磨表面。轉(zhuǎn)子保持恒定運(yùn)動(dòng)以保持慣性，接受谷物和返回谷物。這是具有脈沖轉(zhuǎn)子和在風(fēng)帆之間開放中心的垂直軸線風(fēng)機(jī)的早期示例，其中風(fēng)力在半徑處轉(zhuǎn)換為有用目的。

一半時(shí)間轉(zhuǎn)子與風(fēng)相對(duì)移動(dòng)，大大降低了效率，所以墻被放置在附近，以阻擋對(duì)面的風(fēng)：創(chuàng)建“panemone”類型的風(fēng)機(jī)。許多自古以來就已經(jīng)被創(chuàng)造，而eip技術(shù)創(chuàng)造了第一個(gè)適合直接發(fā)電的panemone。

eip風(fēng)機(jī)直接從風(fēng)力發(fā)電，甚至是湍流和混亂的風(fēng)，靠近其消耗電力。風(fēng)帆由制成風(fēng)轉(zhuǎn)子的鋁板制成。風(fēng)轉(zhuǎn)子組件位于具有圍繞圓周的嵌入式磁體的鋁環(huán)的頂部：磁性轉(zhuǎn)子。替代豎立壁，風(fēng)轉(zhuǎn)子在包含垂直翼片的堅(jiān)固的外部結(jié)構(gòu)內(nèi)操作，每個(gè)翼片相對(duì)于圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子掃過表面以相等的角度定向。代替牛的備用，慣性加一點(diǎn)電網(wǎng)功率保持轉(zhuǎn)子處于恒定運(yùn)動(dòng)，即使當(dāng)風(fēng)不足。轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)沿著每個(gè)風(fēng)葉片產(chǎn)生升力效應(yīng)，并且隨著小的速度變化，慣性顯著增加，朝向中空中心傳導(dǎo)湍流氣流，得到超過常規(guī)極限的空氣動(dòng)力學(xué)風(fēng)效率。

本節(jié)通過提供每個(gè)部件的詳細(xì)描述，指定對(duì)于一些示例性實(shí)施例的機(jī)械設(shè)計(jì)。然后，分析了風(fēng)區(qū)空氣動(dòng)力學(xué)，隨后簡要討論了熱問題。首先，提出了機(jī)械設(shè)計(jì)的概述。

描述和圖基于附圖中所示和本文所描述的eip風(fēng)機(jī)的示例性實(shí)施例的示例性規(guī)格，例如其表示示例性eip風(fēng)機(jī)的最小尺寸。eip技術(shù)易于擴(kuò)展到更大的尺寸和功率。

3.1機(jī)械概述

本節(jié)中描述的示例性eip風(fēng)機(jī)具有兩個(gè)機(jī)械部件：一個(gè)移動(dòng)部件和一個(gè)固定部件。

移動(dòng)部件是風(fēng)轉(zhuǎn)子，具有圍繞公共半徑夾在兩個(gè)環(huán)形環(huán)之間的奇數(shù)個(gè)第三圓柱形翼片，在包含多個(gè)相對(duì)極化磁體(例如ndfeb棒磁體)的磁性轉(zhuǎn)子頂上，在外圓周附近布置為磁軌。

固定部件是包含夾在兩個(gè)環(huán)形環(huán)之間的偶數(shù)個(gè)增強(qiáng)翼片的環(huán)，是支撐磁性轉(zhuǎn)子上方和下方的定子的保護(hù)結(jié)構(gòu)，使風(fēng)從所有方向朝向風(fēng)轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)，具有用于支撐的滾子軸承。

為了強(qiáng)度，每個(gè)翼片的前緣焊接到鋁管段上。用于由不銹鋼制成的電感器支撐環(huán)的框架元件插入管端。鋼和鋁的組合為eip風(fēng)機(jī)提供了堅(jiān)固的基座，其附接到屋頂上的安裝平臺(tái)。

圖3a示出了描繪示例性eip風(fēng)機(jī)裝置的圖。圖3a的圖示出了包括支撐在基座(例如支撐基座120)和多個(gè)腿部(例如四個(gè)支撐腿部125)上的電子慣性功率產(chǎn)生單元110的示例性eip機(jī)。示例性eip風(fēng)機(jī)裝置包括具有轉(zhuǎn)子質(zhì)量增強(qiáng)的電子慣性功率產(chǎn)生單元，在其上安裝風(fēng)區(qū)，如圖3b的圖所示。

3.2eip機(jī)的機(jī)械設(shè)計(jì)

在上一節(jié)中，介紹了eip機(jī)的操作原理。本節(jié)定義了機(jī)械設(shè)計(jì)，其集成了用于功率產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)和固定部件的機(jī)械支撐。風(fēng)轉(zhuǎn)子附接到磁性轉(zhuǎn)子，而不銹鋼支柱和環(huán)形成用于由固定部件支撐的電感器、磁性轉(zhuǎn)子和軸承的堅(jiān)固框架。兩個(gè)大環(huán)將定子對(duì)定位在磁性轉(zhuǎn)子上方和下方。eip風(fēng)機(jī)的中心是空心的，因?yàn)閑ip機(jī)沒有驅(qū)動(dòng)軸。中空中心為風(fēng)離開渦輪機(jī)提供了暢通的路徑，以實(shí)現(xiàn)高風(fēng)功率效率。容錯(cuò)機(jī)械設(shè)計(jì)消除了集中式發(fā)電機(jī)和主軸承，確保在電網(wǎng)電力可能失效的暴風(fēng)雨條件下持續(xù)發(fā)電。下圖示出了eip機(jī)的橫截面。

圖3b示出了兩個(gè)示例性eip機(jī)的示意性橫截面。單面是標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施方式。頂部上的另一個(gè)eip機(jī)傳送兩倍的功率，這適合于需要高壓dc操作的非常高的風(fēng)的位置(如離岸陣列)。

圖3b的圖示出了示例性eip風(fēng)機(jī)的示例性部件，包括：轉(zhuǎn)子葉片，固定翼片，磁性轉(zhuǎn)子環(huán)，支撐軸承(垂直和側(cè)向)，電感器支撐環(huán)(上和下)和框架支柱。葉片和翼片表示模塊化風(fēng)區(qū)，支柱和軸承保持磁性轉(zhuǎn)子和上/下電感器之間的磁隙，并且提供通過插入到翼片管中來加強(qiáng)風(fēng)區(qū)的框架元件。還示出了其中可以通過添加鑄造材料(例如丙烯酸樹脂)的環(huán)來增強(qiáng)轉(zhuǎn)子質(zhì)量的區(qū)域，其中在磁性轉(zhuǎn)子環(huán)和風(fēng)轉(zhuǎn)子之間的層為機(jī)器基座上的轉(zhuǎn)子間隙提供大的襯套。

如圖所示，通過示例性的兩個(gè)eip風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，預(yù)先鉆有用于電感器的安裝孔圖案的兩個(gè)大環(huán)保持安裝的定子對(duì)在磁性轉(zhuǎn)子的上方和下方完美對(duì)準(zhǔn)。上環(huán)螺栓連接到風(fēng)帶和支柱，下環(huán)螺栓連接到支柱，支柱螺栓連接到風(fēng)區(qū)。每個(gè)環(huán)的基座可以從一片不銹鋼激光切割而成，具有一直均勻間隔的用于電感器的位置。圍繞圓周焊接的彎曲鋼板支撐環(huán)邊緣。內(nèi)邊緣預(yù)先切割有用于滾子軸承的孔，例如凸輪從動(dòng)件或支架式滾子。例如，支柱可以從3/4”不銹鋼材料激光切割以增加強(qiáng)度，以保持磁隙。

示例性eip機(jī)附接到風(fēng)區(qū)的底部，使用大的鋁結(jié)構(gòu)作為散熱器并用于保護(hù)。隨著風(fēng)速增加，電功率隨著氣流的冷卻效果而增加。這允許eip風(fēng)機(jī)在大風(fēng)中維持高功率操作，具有線性功率曲線。

本節(jié)中的附加描述提供了示例性eip機(jī)的示例性部件的機(jī)械細(xì)節(jié)以及它們?nèi)绾窝b配在一起。

3.2.1電感器和軸承支撐環(huán)

下電感器環(huán)還支撐用于轉(zhuǎn)子引導(dǎo)的滾子。垂直支撐滾子(例如，示例性機(jī)器中的24)保持下磁隙。幾個(gè)滾子是導(dǎo)電的，用于轉(zhuǎn)子諧波的接地。免維護(hù)聚氨酯滾子提供安靜的操作。軸承數(shù)量是冗余的，以便在出現(xiàn)故障的情況下繼續(xù)運(yùn)行，直到可能進(jìn)行現(xiàn)場更換的預(yù)定維護(hù)。最少四個(gè)額外的滾子控制側(cè)向運(yùn)動(dòng)。例如，注意到一旦轉(zhuǎn)子在大風(fēng)中旋轉(zhuǎn)，固定部件和旋轉(zhuǎn)部件之間的氣流的粘度接管轉(zhuǎn)子支撐，而磁體和鋼芯之間的磁性吸引引導(dǎo)側(cè)向運(yùn)動(dòng)。這消除了滾子上的振動(dòng)和磨損，延長了使用壽命并消除了在大風(fēng)中災(zāi)難性故障的可能性。圖3c示出了描繪示例性eip機(jī)電感器和軸承支撐環(huán)的圖。

3.2.2軸承軌道環(huán)

在磁性轉(zhuǎn)子的底側(cè)是為滾子軸承提供垂直和水平引導(dǎo)的環(huán)。由于磁性轉(zhuǎn)子是環(huán)形的，當(dāng)暴露于交叉象限磁力時(shí)它可以變形。因此，該環(huán)還用作轉(zhuǎn)子相對(duì)于磁鋼定子芯吸引的加強(qiáng)件。用于螺栓連接下方的軌道和上方的風(fēng)轉(zhuǎn)子的孔以不與風(fēng)葉片端部碰撞的模式提供。圖3d示出了描繪示例性eip機(jī)軸承軌道環(huán)的圖，例如軌道環(huán)的轉(zhuǎn)子下側(cè)視圖。

3.2.3環(huán)，軸承和支柱細(xì)節(jié)

在轉(zhuǎn)子的風(fēng)區(qū)側(cè)上是反射軸承環(huán)的環(huán)，例如，僅支撐電感器。該環(huán)附接到框架支柱，框架支柱附接到風(fēng)區(qū)。與軸承環(huán)和支柱組合，保持完整的eip磁路和間隙。環(huán)，支柱，軸承和轉(zhuǎn)子如下面詳細(xì)的圖所示來組裝。圖3e示出了描繪示例性eip機(jī)電感器/軸承環(huán)和支柱細(xì)節(jié)的示意圖。圖3e的上部，如圖3e-1所示，示出了環(huán)，軸承和支柱特征的俯視圖，包括用于eip風(fēng)機(jī)的示例性實(shí)施例的這些特征的示例性尺寸大小。圖3e的下部，如圖3e-2所示，示出了支撐基座特征以及環(huán)和軸承特征的側(cè)視圖，包括用于eip風(fēng)機(jī)的示例性實(shí)施例的這些特征的示例性尺寸大小。從這個(gè)設(shè)計(jì)，可以選擇oem滾子軸承，以符合下圖所示的規(guī)格。圖3f示出了描繪示例性軸承細(xì)節(jié)的示意圖，例如包含環(huán)和軸承的詳細(xì)橫截面并且包括尺寸大小。

3.2.4磁性轉(zhuǎn)子組件

在一些實(shí)施例中，例如，磁性轉(zhuǎn)子可以被配置為磁體厚度的激光切割鋁環(huán)。用于磁體的孔圍繞外圓周被激光切割。具有交替軸向極性的釹鐵硼磁體使用高剝離強(qiáng)度環(huán)氧樹脂膠合在轉(zhuǎn)子周圍的適當(dāng)位置。根據(jù)這些規(guī)格安裝，相對(duì)于轉(zhuǎn)子厚度的相反極化的磁體集中了轉(zhuǎn)子上方和下方的軸向磁通，同時(shí)產(chǎn)生最小的徑向磁通。圖3g和3h分別示出了磁性轉(zhuǎn)子從下側(cè)觀察的總體視圖以及詳細(xì)說明了磁體和軸承軌道的布局的視圖。圖3g示出了描繪示例性eip機(jī)磁性轉(zhuǎn)子的圖。圖3h示出了描繪示例性磁性轉(zhuǎn)子的圖，例如包括磁體和軸承軌道細(xì)節(jié)的布局。

隨著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，例如，磁通線像旋轉(zhuǎn)電機(jī)電樞那樣旋轉(zhuǎn)，其在定子線圈上產(chǎn)生交流電，上方和下方各一半。電壓隨磁通轉(zhuǎn)變速度增加，ac波形是同步電機(jī)的正弦曲線。多個(gè)定子對(duì)立即從平行的旋轉(zhuǎn)磁場得到激勵(lì)，而推力被施加到整個(gè)半徑以獲得最大轉(zhuǎn)矩。

3.2.5電感器機(jī)械規(guī)格

在本節(jié)中描述的示例性實(shí)施例中，eip機(jī)中的每個(gè)電感器被封裝在環(huán)氧樹脂中，例如，在強(qiáng)磁力下將c芯保持在適當(dāng)位置，并保護(hù)繞組免受惡劣的環(huán)境條件。由環(huán)氧樹脂中的“l(fā)”支架支撐的四個(gè)螺紋插入件提供安裝硬件。eip磁路在第2節(jié)中描述。圖3i示出了示出示例性eip機(jī)實(shí)施例的電感器規(guī)格以及其如何構(gòu)造的圖。

例如，環(huán)氧樹脂封裝保護(hù)c芯和繞組免受惡劣的環(huán)境條件。支撐軸承和電感器的eip機(jī)框架提供排水孔和開放的通風(fēng)口，允許水快速進(jìn)入和離開電感器工作環(huán)境。當(dāng)磁極面對(duì)齊時(shí)，高密度軸向磁通線快速飽和c芯，因此磁性轉(zhuǎn)子間隙不必太緊。電感器的接線一直圍繞外部穿過孔進(jìn)入密封隔室，其包含電子器件和接線。所有電氣連接都根據(jù)室外使用的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)與元件密封。飛機(jī)類型的皮膚覆蓋了導(dǎo)軌、軸承和接線連接處所暴露的區(qū)域。

3.3風(fēng)區(qū)設(shè)計(jì)

eip風(fēng)區(qū)是用于eip風(fēng)機(jī)的飛機(jī)電機(jī)，其中風(fēng)力轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)機(jī)械能。風(fēng)區(qū)具有將風(fēng)引向旋轉(zhuǎn)部件(風(fēng)轉(zhuǎn)子組件)的固定部件(風(fēng)定子組件)。風(fēng)區(qū)處理任何風(fēng)況，從大風(fēng)到輕湍流而不進(jìn)行調(diào)整，導(dǎo)致風(fēng)曲線是線性的，隨平均風(fēng)速增加。描述了eip風(fēng)區(qū)的示例性實(shí)施例。

風(fēng)區(qū)的總高度和半徑限定了旋轉(zhuǎn)的風(fēng)轉(zhuǎn)子(例如圓柱體)的形狀的風(fēng)掃過面積。功率勢隨轉(zhuǎn)子高度線性增加，隨半徑指數(shù)增長。風(fēng)區(qū)的固定外部具有固定間距(相對(duì)于內(nèi)轉(zhuǎn)子45度)的偶數(shù)個(gè)垂直翼片，其在內(nèi)部產(chǎn)生層流風(fēng)流模式，這完美地適合于風(fēng)轉(zhuǎn)子。當(dāng)相對(duì)于當(dāng)前風(fēng)向從頂部觀察時(shí)，風(fēng)流從左上象限(q1)進(jìn)入轉(zhuǎn)子區(qū)域，以最大速度跨過中心，并且離開右下象限(q3)。在左下象限(q2)中，迫使風(fēng)流以尖銳角度轉(zhuǎn)動(dòng)，其中沖擊力(正拖拽力)最大。在右上象限(q4)中，阻擋了與風(fēng)流相反的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)，并且當(dāng)轉(zhuǎn)子速度增加時(shí)，靜止空氣提供拖拽力相反的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)。由定子翼片產(chǎn)生的層流內(nèi)部風(fēng)流消除了將eip風(fēng)機(jī)放置在高塔上的需要。翼片相對(duì)于轉(zhuǎn)子軸線定位在45度角，其中定子翼片與風(fēng)葉片的比率小于兩比一。每個(gè)翼片的外邊緣焊接到管道以增加強(qiáng)度和增強(qiáng)空氣動(dòng)力學(xué)。翼片管道適應(yīng)eip機(jī)框架元件，增加了從上到下的結(jié)構(gòu)支撐。

風(fēng)轉(zhuǎn)子具有風(fēng)區(qū)高度，奇數(shù)個(gè)風(fēng)葉片焊接到環(huán)形基座和頂板。每個(gè)葉片具有對(duì)稱的1/3圓柱形彎曲輪廓，其在任一方向上產(chǎn)生與風(fēng)流平行的最大升力。葉片寬度與定子翼片大致相同。葉片距相對(duì)于內(nèi)切線位于水平軸線下方-22.5度。因此，最大升力發(fā)生在輸入風(fēng)流與葉片輪廓平行的地方。隨著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，來自所有葉片的升力和拖拽力的變化比例總計(jì)達(dá)到正轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩。葉片輪廓增強(qiáng)了風(fēng)切變和尾渦流，其中當(dāng)功率從其產(chǎn)生時(shí)，風(fēng)向經(jīng)歷快速反轉(zhuǎn)。流入的尾渦流從內(nèi)部離開中空中心的頂部和底部傳播，增強(qiáng)內(nèi)部層流。在流出時(shí)，渦流隨著出口流一起被帶走。凈效應(yīng)是平滑和安靜的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)，而不管風(fēng)速、方向或湍流。

標(biāo)準(zhǔn)的三葉片風(fēng)機(jī)需要放置在塔上，在產(chǎn)生湍流的障礙物上方，其中風(fēng)流是層流和穩(wěn)定的。如果風(fēng)速太大，或突然改變方向，瞬時(shí)力可以打倒風(fēng)機(jī)和塔。因此，標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)機(jī)必須將功率降低到在大風(fēng)條件下的完全關(guān)閉點(diǎn)。風(fēng)曲線(風(fēng)速和功率輸出之間的關(guān)系)在大風(fēng)中平穩(wěn)。在eip風(fēng)機(jī)中，風(fēng)區(qū)被設(shè)計(jì)為在屋頂或暴露表面上操作，其中任何量級(jí)的陣風(fēng)可以在任何方向上發(fā)生。風(fēng)區(qū)足夠堅(jiān)固以在通常會(huì)破壞更精細(xì)的設(shè)備的大風(fēng)和強(qiáng)陣風(fēng)中操作。

以下的圖示出了風(fēng)區(qū)組件和翼片/葉片細(xì)節(jié)的機(jī)械形狀；隨后討論了風(fēng)區(qū)空氣動(dòng)力學(xué)。

3.3.1風(fēng)轉(zhuǎn)子組件

圖3j示出了示例性風(fēng)轉(zhuǎn)子組件(例如風(fēng)轉(zhuǎn)子組件116)的示意圖。風(fēng)轉(zhuǎn)子組件116包括布置在上和下轉(zhuǎn)子基板(或軌道)之間的具有中空中心的風(fēng)轉(zhuǎn)子葉片117(例如風(fēng)偏轉(zhuǎn)葉片)，以形成中空的中心圓柱形內(nèi)部空間。風(fēng)轉(zhuǎn)子可以由具有夾在兩個(gè)環(huán)之間的奇數(shù)個(gè)垂直葉片的焊接鋁組件制成，以形成圖3j所示的結(jié)構(gòu)。

3.3.2固定風(fēng)偏轉(zhuǎn)組件(風(fēng)定子)

圖3k示出了示例性風(fēng)定子組件(例如風(fēng)定子組件118)的示意圖。風(fēng)定子組件118包括布置在上和下定子基板(或軌道)之間的具有中空中心的風(fēng)接收翼片111，以容納風(fēng)轉(zhuǎn)子組件116和eip風(fēng)機(jī)的中空中心。風(fēng)定子組件可以構(gòu)造成包含夾在頂板和底板之間的兩個(gè)定子翼片葉片的部件。這些部件附接到eip風(fēng)機(jī)基座支柱以形成堅(jiān)固的外部結(jié)構(gòu)。模塊化結(jié)構(gòu)使得更易于安裝eip風(fēng)機(jī)，并且如果被飛行碎屑損壞，更容易現(xiàn)場修理。

3.3.3垂直翼片和風(fēng)葉片的設(shè)計(jì)

例如，定子翼片可以由鋁板構(gòu)成，其中鋁管沿著前緣焊接。管提供加強(qiáng)并且產(chǎn)生具有彎曲鈍頭面的簡單翼型件，其與空氣粘度相互作用以使曲線周圍的流線彎曲。風(fēng)葉片從平鋁板彎曲到1/3的圓柱體輪廓。圖3l示出了示例性垂直翼片和風(fēng)葉片細(xì)節(jié)的圖。

在一些示例中，選擇1/3圓柱體風(fēng)葉葉橫截面以提供升力和沖擊操作，在存在湍流的情況下具有最大強(qiáng)度和高剛性。與用于飛行的傳統(tǒng)翼型不同，eip風(fēng)機(jī)葉片設(shè)計(jì)在低攻角操作產(chǎn)生升力時(shí)增強(qiáng)翼流出渦流。

3.4eip風(fēng)機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)

通常，地球表面附近的風(fēng)，特別是在城市環(huán)境中，是湍流和混亂，被認(rèn)為對(duì)于由常規(guī)風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)的發(fā)電無用。eip風(fēng)機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)采用高堅(jiān)實(shí)的設(shè)計(jì)，與eip技術(shù)合并，以創(chuàng)建將湍流風(fēng)流快速轉(zhuǎn)換為有用的功率的風(fēng)機(jī)。機(jī)械設(shè)計(jì)足夠堅(jiān)固以處理湍流，并且eip技術(shù)是容錯(cuò)的。eip技術(shù)結(jié)合新型空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)，使得eip風(fēng)機(jī)能夠持續(xù)操作，承受通常會(huì)導(dǎo)致災(zāi)難性故障的力。

eip風(fēng)機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)促進(jìn)在寬范圍的風(fēng)速下任何方向上的風(fēng)能、湍流或?qū)恿鞯目焖傥铡Ｒ赃@種方式，通過利用通常被認(rèn)為是假的或太具能量的風(fēng)力資源，風(fēng)功率效率系數(shù)增加。結(jié)合主動(dòng)eip技術(shù)，通過超精細(xì)電子轉(zhuǎn)子速度控制，以及機(jī)械轉(zhuǎn)矩到電功率的高速轉(zhuǎn)換，風(fēng)的直接功率產(chǎn)生超過空氣動(dòng)力學(xué)極限。

與eip技術(shù)集成，風(fēng)區(qū)(飛機(jī)電機(jī))在直接風(fēng)發(fā)電中傳遞前所未有的效率，從外部自由空氣和中空芯之間的壓力差(梯度)導(dǎo)出功率。壓力梯度通過轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，內(nèi)部循環(huán)將外部的湍流轉(zhuǎn)化為內(nèi)部的層流。電功率從差動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩中提取，而風(fēng)流循環(huán)由中心尾渦旋回到在eip風(fēng)機(jī)上方和下方的自由空氣。

流入尾渦流離開中空中心，集中中心中的風(fēng)流用于在外流中的風(fēng)葉片。與風(fēng)流(流入和流出)平行的轉(zhuǎn)子葉片輪廓產(chǎn)生最大的升力。當(dāng)它旋轉(zhuǎn)到垂直時(shí)，正拖拽力(脈沖響應(yīng))最大。負(fù)拖拽力隨著轉(zhuǎn)子速度增加，主要發(fā)生在風(fēng)流被阻塞并且沒有產(chǎn)生正轉(zhuǎn)矩的情況下。

由于風(fēng)流一直指向轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)，所以風(fēng)掃過面積是轉(zhuǎn)子半徑和高度的圓柱體，而不是盤。在所有方向上撞擊風(fēng)區(qū)的風(fēng)有助于功率產(chǎn)生，并且轉(zhuǎn)子對(duì)風(fēng)速的突然變化超敏感。

圖3m示出了描繪示例性eip風(fēng)區(qū)空氣動(dòng)力學(xué)的圖。eip風(fēng)機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)指定了實(shí)時(shí)響應(yīng)于風(fēng)速和方向的變化以產(chǎn)生有用功率的固體和重的轉(zhuǎn)子。圖3m的圖示出了相對(duì)于風(fēng)向的每個(gè)風(fēng)葉片上的拖拽力和升力效應(yīng)，其結(jié)合以在四個(gè)象限(q1，q2，q3，q4)中立即產(chǎn)生凈正轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩。升力與拖拽力的比率隨著每個(gè)葉片圍繞中心旋轉(zhuǎn)而變化。風(fēng)能由風(fēng)定子葉片引導(dǎo)以進(jìn)入并集中在q1中，其中風(fēng)葉片產(chǎn)生最大升力。當(dāng)葉片進(jìn)入q2時(shí)，其產(chǎn)生最大的正拖拽力。對(duì)稱輪廓在進(jìn)入q3時(shí)“翻轉(zhuǎn)”，在流出上產(chǎn)生最大升力。在q4中阻擋了與風(fēng)相反的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)，其中沒有產(chǎn)生凈升力，當(dāng)轉(zhuǎn)子速度增加時(shí)，靜止空氣與移動(dòng)的風(fēng)葉片碰撞產(chǎn)生更多的負(fù)拖拽力。在某一風(fēng)速下，當(dāng)負(fù)拖拽力等于凈正拖拽力和升力時(shí)，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度快于風(fēng)速(巡航速度)。由發(fā)電產(chǎn)生的尾渦流在q1的中空中心的頂部和底部離開，以及以湍流在q3中圍繞出口風(fēng)流流動(dòng)。渦流的快速流出在內(nèi)部增強(qiáng)了層流風(fēng)流，大大提高了效率。

3.4.1升力加拖拽力效應(yīng)

例如，來自風(fēng)轉(zhuǎn)子的最大功率發(fā)生在q1中，其中升力和正拖拽力效應(yīng)結(jié)合，如下圖所示。這就是為什么eip風(fēng)機(jī)對(duì)風(fēng)速變化(陣風(fēng))的反應(yīng)如此之快。

圖3n示出了描繪示例性eip風(fēng)區(qū)空氣動(dòng)力學(xué)細(xì)節(jié)的圖，例如示出了圖3m的第一象限(q1)。在第一象限(q1)中，當(dāng)轉(zhuǎn)子葉片與進(jìn)入的風(fēng)流平行操作時(shí)，其產(chǎn)生最大的升力。當(dāng)垂直于風(fēng)流時(shí)，發(fā)生最大拖拽力。當(dāng)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)時(shí)，隨著攻角變化，升力和拖拽力成比例。正拖拽力增強(qiáng)了對(duì)風(fēng)速(陣風(fēng))突然變化的脈沖響應(yīng)。當(dāng)風(fēng)能轉(zhuǎn)換為功率時(shí)，其經(jīng)歷風(fēng)向的突然變化，產(chǎn)生離開中空中心頂部和底部的流入尾渦流。

3.4.2中心尾渦流

一旦能量被提取并釋放到自由空氣，“尾渦流”就留在所有風(fēng)機(jī)的風(fēng)流中。渦流從翼型表面滑落并沿風(fēng)轉(zhuǎn)子的相反方向旋轉(zhuǎn)。為了產(chǎn)生功率，在提取能量的同時(shí)，尾渦流必須被允許持續(xù)在空氣柱下風(fēng)。大多數(shù)垂直軸線風(fēng)力渦輪機(jī)必須在其自身的尾渦流中操作，這限制了效率。螺旋槳型風(fēng)機(jī)更有效，因?yàn)樗鼈儽憩F(xiàn)出尾渦流，但是任何湍流均導(dǎo)致功率損失，因?yàn)闇u流在各向異性流中被切斷。

在eip風(fēng)機(jī)中，所有尾渦流迅速從頂部和底部排出，同時(shí)加強(qiáng)內(nèi)部層流風(fēng)流。每個(gè)尾渦流中的風(fēng)向的快速反轉(zhuǎn)激勵(lì)并集中中心芯中的風(fēng)能，同時(shí)增強(qiáng)流入。在流出時(shí)，尾渦流擴(kuò)展并以很大的力將風(fēng)流從機(jī)器中拉出。所有這些效應(yīng)結(jié)合起來提高飛機(jī)電機(jī)效率，并創(chuàng)建線性風(fēng)功率曲線。

3.4.3轉(zhuǎn)子速度平衡自調(diào)節(jié)

eip風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子是獨(dú)特的空氣動(dòng)力學(xué)裝置，具有平衡和速度的機(jī)械自調(diào)節(jié)。由于沒有中心軸，轉(zhuǎn)子基本上是環(huán)形圓柱體，其形狀比任何其它旋轉(zhuǎn)體產(chǎn)生更多的慣性。代替附接到軸的細(xì)葉片尖端，具有高拖拽系數(shù)的寬翼在其固定容納部內(nèi)圍繞中空中心“飛行”。旋轉(zhuǎn)速度不超過風(fēng)速(tsr1：1)，沒有中心軸，轉(zhuǎn)子保持平衡，而不是振動(dòng)。環(huán)形圓柱體是遵循“右手法則”的旋轉(zhuǎn)體，其中在手指方向上的角動(dòng)量(乘以半徑)和拇指方向上的轉(zhuǎn)矩矢量隨速度呈指數(shù)增加。轉(zhuǎn)矩矢量變成虛擬軸，強(qiáng)勁的陣風(fēng)中轉(zhuǎn)子質(zhì)量在其周圍立即平衡。結(jié)合轉(zhuǎn)子磁體和固定鐵芯電感器之間的強(qiáng)磁力，固定部件和移動(dòng)部件之間的高粘度的風(fēng)流穩(wěn)定并緩沖轉(zhuǎn)子，以在大風(fēng)中更平穩(wěn)和更安靜地操作。被動(dòng)機(jī)械自調(diào)節(jié)是eip風(fēng)機(jī)的關(guān)鍵特征，其中常規(guī)風(fēng)力渦輪機(jī)必須關(guān)閉或面臨某種破壞。在這些條件下，eip風(fēng)機(jī)正常操作。

例如，在某一速度下，根據(jù)轉(zhuǎn)子尺寸(高度和半徑)，當(dāng)負(fù)拖拽力等于正拖拽力加升力時(shí)，轉(zhuǎn)子不能更快地旋轉(zhuǎn)，稱為“巡航速度”。eip電子控制繼續(xù)，以從巡航以上的風(fēng)速中提取更多的功率，保持具有恒定轉(zhuǎn)子速度的線性功率曲線。

3.4.4自適應(yīng)轉(zhuǎn)矩控制

自適應(yīng)轉(zhuǎn)矩控制已經(jīng)被用作大型風(fēng)場的策略，以從高度可變的風(fēng)產(chǎn)生最大穩(wěn)定功率，易于電網(wǎng)集成。然而，由于螺旋槳的tsr遠(yuǎn)大于單位，大多數(shù)時(shí)間這種做法消耗了多余的功率，這降低了整體效率。由于高tsr，動(dòng)力推進(jìn)器僅消除風(fēng)吸收，產(chǎn)生湍流和擾亂尾渦流。沒有來自湍流的功率是可能的，因?yàn)槁菪龢奈矞u流被非層流各向異性流擦除，切斷機(jī)械轉(zhuǎn)矩。

在eip風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子中，自然的1：1tsr允許直接轉(zhuǎn)矩控制，以非?？焖俚鼐S持轉(zhuǎn)子速度，以維持機(jī)器內(nèi)的尾渦流，而不管環(huán)境風(fēng)況，允許從陣風(fēng)產(chǎn)生能量，這被認(rèn)為是不可能的直到現(xiàn)在。這大大提高了風(fēng)功率效率，線性化了功率曲線。由于通過電子逆變器傳送功率，轉(zhuǎn)子速度可以波動(dòng)，這支持幾個(gè)eip風(fēng)機(jī)之間的eip振蕩，其中通過自適應(yīng)轉(zhuǎn)矩控制共享過量能量。

3.4.5風(fēng)區(qū)熱力學(xué)

通常，所有的半導(dǎo)體和電感器產(chǎn)生熱量。幸運(yùn)的是，對(duì)于eip風(fēng)機(jī)內(nèi)的半導(dǎo)體和電感器，當(dāng)風(fēng)流高時(shí)發(fā)生最大發(fā)熱。每個(gè)pmlsm模塊附接到作為散熱器的風(fēng)區(qū)。當(dāng)它們傳遞動(dòng)力時(shí)，通過風(fēng)機(jī)的氣流冷卻這些裝置。這允許從最小量的銅和鐵電磁部件的最大功率輸出。

4示例性電子硬件規(guī)范

通過將大量的整流器電子器件分解成嵌入在每個(gè)pmlsm中的三相組，所公開的eip技術(shù)在電機(jī)水平上是模塊化的。每個(gè)pmlsm具有集成的三相整流器模塊，其將ac轉(zhuǎn)換為dc電壓。定子連接在y形配置中，每個(gè)腿部與共享dc接口、后整流器電隔離。三個(gè)或更多個(gè)pmlsm可以被組合作為構(gòu)建塊，以創(chuàng)建eip機(jī)的某些配置。一個(gè)pmlsm提供用于電動(dòng)和發(fā)電的電壓源轉(zhuǎn)換器(vsc)電路，而所有其它pmlsm提供僅用于發(fā)電的簡單的三相二極管整流器。包含一個(gè)vsc和兩個(gè)或更多個(gè)三相整流器的eip振蕩器電路被堆疊在dc接口上，作為被配置為任何尺寸和功率的eip機(jī)的構(gòu)建塊。

4.1三相二極管橋式整流器

用于發(fā)電pmlsm的主線性電子電路是簡單的六段三相二極管橋式整流器，如圖4a的示例所示。圖4a示出了示例性pmlsm二極管橋的示意圖。對(duì)于dc鏈路上的特定電壓/電流配置，串聯(lián)或并聯(lián)堆疊二極管橋。y形的每條腿部是eip同步磁路，被設(shè)計(jì)為與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的三相整流器模塊一起工作。

定子ac僅允許沿一個(gè)方向流動(dòng)，因此當(dāng)三個(gè)ac波形疊加時(shí)，其導(dǎo)致dc電壓大致等于峰值ac電壓。電容器被添加到dc鏈路總線，以濾除紋波并在dc電壓下降之前增加時(shí)間。

4.2電壓源轉(zhuǎn)換器(vsc)

對(duì)于電動(dòng)操作，需要稱為電壓源轉(zhuǎn)換器(vsc)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)三相模塊。vsc電路將諸如絕緣柵雙極晶體管(igbt)的半導(dǎo)體閥與每個(gè)二極管并聯(lián)地放置在三相整流器中，以成為可控整流器/逆變器。在用于工業(yè)用途的三相組中，電路通常被稱為變頻驅(qū)動(dòng)器(vfd)。igbt由用于電動(dòng)和發(fā)電操作模式的門信號(hào)的脈沖寬度調(diào)制(pwm)控制，當(dāng)發(fā)電時(shí)將可變電壓和頻率三相ac功率轉(zhuǎn)換為固定的dc鏈電壓，或?qū)τ陔妱?dòng)，將dc鏈功率反相到可變電壓和頻率的三相ac功率。當(dāng)igbt不激活時(shí)，轉(zhuǎn)子簡單地滑行，并且電路回復(fù)到三相整流器。以下的圖示出了vsc和pmlsm定子。圖4b示出了示例性pmlsmvsc的示意圖。

pwm控制的igbt為每個(gè)定子腿部提供功率因子和相位控制。pwm由智能控制器部件提供，該部件在igbt柵極上生成調(diào)節(jié)通過igbt的電流流動(dòng)的波形。整流器的軟件控制使用基于由數(shù)字信號(hào)處理器對(duì)定子電流的實(shí)時(shí)分析的轉(zhuǎn)子磁通估計(jì)技術(shù)。所有定時(shí)和反饋是從轉(zhuǎn)子磁通/定子相互作用導(dǎo)出的，例如消除外側(cè)速度傳感器。

vsc控制器電子器件由單獨(dú)的低電壓電源供電，其容易由電池供電。當(dāng)去除電源時(shí)，所有igbt都進(jìn)入高阻抗?fàn)顟B(tài)，并且電路變成簡單的無源整流器。二極管在與dc鏈電壓相反的方向上完全隔離定子。這消除了發(fā)生故障時(shí)級(jí)聯(lián)擊穿的威脅，其中如果電流過高，二極管變成開路，并且定子腿部完全切斷電路。

4.2.1功率因子控制

igbt柵極的pwm控制調(diào)節(jié)定子與磁性轉(zhuǎn)子相互作用的無功和電阻部分之間的功率角，提供功率因子控制。pwm控制器使用無傳感器技術(shù)監(jiān)控ac頻率，用于轉(zhuǎn)子速度指示。對(duì)應(yīng)于總功率勢能速度調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)子速度定義功率極限。

4.2.2通過電動(dòng)調(diào)節(jié)功率

風(fēng)能吸收加速了轉(zhuǎn)子，從而提高了dc鏈路電壓。dc鏈路上的電負(fù)載使轉(zhuǎn)子減速并降低dc鏈路電壓。每個(gè)具有vsc的pmlsm通過使用集成pwm控制的正向和反向電動(dòng)調(diào)節(jié)速度。當(dāng)轉(zhuǎn)子慣量較高時(shí)，通過反向電動(dòng)(發(fā)電)的制動(dòng)導(dǎo)致dc鏈路上升。正向電動(dòng)導(dǎo)致dc鏈路下降(通過加載)，同時(shí)轉(zhuǎn)子加速。當(dāng)電動(dòng)和發(fā)電時(shí)，轉(zhuǎn)子加速和減速，而dc電壓保持恒定。在最大轉(zhuǎn)子速度下，允許dc電壓波動(dòng)。

4.2.3高頻pwm支持

pwm載波頻率是發(fā)電機(jī)頻率的數(shù)千倍。在eip機(jī)中，例如，較小的硅鋼c芯允許最大化pwm頻率，用于高速度和較高分辨率控制。如果選擇高頻率，例如16khz，則切換諧波可以在大的一體式芯中產(chǎn)生渦流損耗。用3％硅鋼層壓板制成的離散芯段自然地在較高頻率下以低損耗工作，因此pwm頻率被最大化。

4.2.4現(xiàn)成的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)變頻驅(qū)動(dòng)兼容性

vsc技術(shù)相當(dāng)成熟，各個(gè)制造商提供的各種模塊化工業(yè)vfd可供選擇，并可編程以適應(yīng)pmlsm電機(jī)參數(shù)。eip技術(shù)可以使用標(biāo)準(zhǔn)vfd作為電子硬件平臺(tái)。在示例性eip風(fēng)機(jī)的一些實(shí)施例中，為了更快的上市時(shí)間，機(jī)器包含用于電動(dòng)pmlsm的一個(gè)現(xiàn)成的vsc，而所有其他的使用二極管橋。連接到dc鏈路的并網(wǎng)逆變器產(chǎn)生符合標(biāo)準(zhǔn)的eip風(fēng)機(jī)電網(wǎng)接口。

在示例性eip風(fēng)機(jī)的一些實(shí)施例中，定制的vsc被集成到風(fēng)機(jī)框架中的每個(gè)pmlsm中，創(chuàng)建在用于直接電網(wǎng)兼容ac的循環(huán)轉(zhuǎn)換中。

4.2.5電子機(jī)械補(bǔ)償

瞬時(shí)pmlsm推力的高速電子控制允許嚴(yán)密控制大型和松散的機(jī)械系統(tǒng)。eip風(fēng)機(jī)受到來自風(fēng)和磁性體的隨機(jī)機(jī)械力，從而導(dǎo)致不期望的振動(dòng)。電子控制比機(jī)械學(xué)更強(qiáng)更快，精確的調(diào)節(jié)補(bǔ)償了周期性的振動(dòng)，如轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，保持平滑和安靜的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)。

例如，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)是eip模塊化磁性設(shè)計(jì)的假象，其中旋轉(zhuǎn)機(jī)械的線性化缺少中心軸的機(jī)械穩(wěn)定性。vsc中的平滑算法通過實(shí)時(shí)抵消和中和轉(zhuǎn)矩波動(dòng)來仿真來自中心軸的控制。

4.3eip振蕩器架構(gòu)

在各個(gè)實(shí)施例中，示例性eip機(jī)中的電感器具有相同的尺寸，因此具有二極管橋的兩個(gè)或更多個(gè)發(fā)電pmlsm必須串聯(lián)連接以獲得足夠的電壓。得到的電路是eip振蕩器，其中串聯(lián)的兩個(gè)或更多個(gè)pmlsm的輸出驅(qū)動(dòng)具有vsc的一個(gè)pmlsm。與磁性轉(zhuǎn)子組合，該電路產(chǎn)生eip振蕩。這定義了用于eip機(jī)配置的主電子模塊。eip技術(shù)將定子和電子器件的復(fù)雜陣列分解成eip振蕩器配置，其可以在dc鏈路和磁性轉(zhuǎn)子周圍復(fù)制以形成任何尺寸的同步發(fā)電機(jī)。在電網(wǎng)上，在啟動(dòng)時(shí)，一個(gè)pmlsm驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子至最小速度，直到發(fā)電pmlsm產(chǎn)生足夠的電壓以維持dc鏈路。此時(shí)，電動(dòng)pmlsm僅維持最小速度，然后在風(fēng)和慣性接管時(shí)慣性滑行并支持dc鏈路。以下的圖示出了例如使用三個(gè)或五個(gè)pmlsm的eip振蕩器的虛擬電路。

圖4c-1和4c-2示出了示例性三個(gè)和五個(gè)pmlsmeip振蕩器的示意圖。每個(gè)發(fā)電pmlsm包含整流器，其產(chǎn)生等于由轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的峰值ac電壓的dc電壓。圖4c-1所示的示例性三個(gè)pmlsm版本是最小的理論配置，但是當(dāng)更多發(fā)電pmlsm串聯(lián)連接時(shí)產(chǎn)生更高的dc鏈路電壓。圖4c-2所示的示例性五個(gè)pmlsm版本更適合于示例性電感器設(shè)計(jì)。注意，根據(jù)電路的vsc部分的要求，可以通過堆疊更多串聯(lián)連接的pmlsm來產(chǎn)生更高電壓的dc鏈路。所公開的eip技術(shù)的靈活架構(gòu)允許eip風(fēng)機(jī)的配置匹配安裝位置處的風(fēng)力資源。

4.3.1用于eip機(jī)配置的eip振蕩器電路選擇

在一些實(shí)施例中，例如，三個(gè)pmlsm的eip振蕩器是最小配置。但是，可能有更多級(jí)別的發(fā)電與電動(dòng)的pmlsm。如果需要從電源吸收更大量的能量，則電動(dòng)pmlsm的比例應(yīng)該更大。如果風(fēng)能生產(chǎn)是關(guān)鍵，則發(fā)電機(jī)的總數(shù)應(yīng)該最大化。示例性eip風(fēng)機(jī)支持相同的eip振蕩器的組合，如下圖所示以組合填充定子槽。

圖4d示出了用于示例性eip機(jī)半徑的示例性五個(gè)pmlsm模塊組合的圖。圖4d示出了五個(gè)pmlsmeip振蕩器的三個(gè)示例性組合。五個(gè)pmlsm實(shí)施方式是有效的，例如，因?yàn)闃?biāo)稱電壓匹配vfddc鏈路。第一示例顯示了五個(gè)pmlsm，其中一個(gè)作為電動(dòng)模塊。第二示例示出了在主/從驅(qū)動(dòng)控制模型下，具有用于電動(dòng)的相對(duì)布置的pmlsm(1a和1b)的十個(gè)pmlsm。第三示例示出了20個(gè)pmlsm，其中1a作為主體，1b、1c和1d作為從動(dòng)器。每個(gè)振蕩器組的dc鏈路可以并聯(lián)或串聯(lián)布線，其確定eip風(fēng)機(jī)的輸出電壓。dc鏈路也可以驅(qū)動(dòng)單獨(dú)的逆變器，用于在較低電壓下的單獨(dú)ac服務(wù)。

4.3.2網(wǎng)絡(luò)控制和監(jiān)視接口

eip風(fēng)機(jī)中的vsc可以配置為在dc鏈路上連接本地控制接口，用于dc電壓調(diào)節(jié)。例如，對(duì)于外部控制，rs-485控制網(wǎng)絡(luò)接口提供了在eip風(fēng)機(jī)中組織電動(dòng)pmlsm的方法，并且便于與中心控制器裝置的控制和狀態(tài)交換。在一些實(shí)施方式中，例如，eip風(fēng)機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)上的參數(shù)交換在共享本地網(wǎng)上進(jìn)行交互。參數(shù)定義和協(xié)議取決于使用的vsc。

5系統(tǒng)架構(gòu)

eip技術(shù)是分形設(shè)計(jì)。例如，在一些實(shí)施例中，在所有級(jí)別，從pmlsm模塊到eip風(fēng)機(jī)的集群，在基本結(jié)構(gòu)和關(guān)系中存在自相似性。例如，每個(gè)pmlsm包括在一側(cè)與三相定子組以及在另一側(cè)上與共享dc網(wǎng)絡(luò)相互作用的四個(gè)磁極。pmlsm組作為三到五組的eip振蕩器組合，并且eip振蕩器組合成具有公共控制接口的dc鏈路上操作的組。eip風(fēng)機(jī)的集群形成三個(gè)或更多個(gè)組的自發(fā)網(wǎng)絡(luò)，共享來自不同位置的公共電網(wǎng)附件和公共高速本地區(qū)域網(wǎng)絡(luò)連接。集群在大區(qū)域上形成集群。模塊化結(jié)構(gòu)的分形擴(kuò)展對(duì)發(fā)電和配電系統(tǒng)的尺寸和范圍沒有限制。

本節(jié)描述了每個(gè)級(jí)別的eip技術(shù)如何適合示例性eip風(fēng)機(jī)的系統(tǒng)架構(gòu)。

系統(tǒng)架構(gòu)可以包括例如用于示例性eip風(fēng)機(jī)(例如dc鏈路網(wǎng)絡(luò))的pmlsm的配置，然后網(wǎng)絡(luò)群集結(jié)構(gòu)(自發(fā)網(wǎng)絡(luò)、功率共享)，然后群集結(jié)構(gòu)的群集(僅網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)共享，無本地電網(wǎng)連接)；dc網(wǎng)絡(luò)本地到eip機(jī)；eip風(fēng)機(jī)之間的自發(fā)網(wǎng)絡(luò)；自發(fā)網(wǎng)絡(luò)之間的同步功率網(wǎng)；和/或eip分布式發(fā)電站。

5.1pmlsmdc鏈路網(wǎng)絡(luò)

低延遲網(wǎng)絡(luò)接口通過電動(dòng)pmlsm提供了用于控制和監(jiān)測eip風(fēng)機(jī)的連接。使用標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)接口，控制器裝置附接到eip風(fēng)機(jī)。控制器執(zhí)行一組命令，用于啟動(dòng)和停止機(jī)器、配置和運(yùn)行時(shí)控制。eip風(fēng)機(jī)連續(xù)發(fā)出響應(yīng)命令的狀態(tài)，直到給出另一個(gè)命令。低延遲控制路徑支持簡單的pi控制器架構(gòu)，用于轉(zhuǎn)子速度和功率調(diào)節(jié)。

在eip機(jī)內(nèi)部，執(zhí)行調(diào)節(jié)功能的pmlsm被分組為eip振蕩器電路，以在dc鏈路上形成特定配置。這些組在dc網(wǎng)絡(luò)上操作，由共享的遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視接口控制。dc網(wǎng)絡(luò)電壓由發(fā)電pmlsm支持，并由電動(dòng)pmlsm調(diào)節(jié)。

5.1.1遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視

eip遠(yuǎn)程控制器裝置提供鍵盤和屏幕，用于設(shè)置和監(jiān)視。該裝置具有到eip風(fēng)機(jī)的有線、無線或光纖接口。端口被提供以附接筆記本電腦，用于eip機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的更復(fù)雜的軟件控制功能。

有關(guān)eip風(fēng)機(jī)命令和狀態(tài)的更多信息，請(qǐng)參考“編程規(guī)范”部分。

5.2eip自發(fā)網(wǎng)絡(luò)

在eip自發(fā)網(wǎng)絡(luò)的一些示例中，例如，最少四個(gè)eip風(fēng)機(jī)，通過具有低延遲的無線連接共享它們的遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視接口，自組織以在共享電網(wǎng)連接上形成eip自發(fā)網(wǎng)絡(luò)。由于eip機(jī)使用軟開關(guān)功率半導(dǎo)體技術(shù)，而不是變壓器，因此它們可以在較短的電源線上以較低電壓并聯(lián)連接。許多eip風(fēng)機(jī)的組合電流和慣性存儲(chǔ)通過在eip自發(fā)網(wǎng)絡(luò)中以最大效率即時(shí)共享功率來增加本地電網(wǎng)容量和穩(wěn)定性。eip自發(fā)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇梢园ū镜仉娋W(wǎng)段：示出節(jié)點(diǎn)、集群和3d地形。

5.2.1eip網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和集群

在該示例中，eip自發(fā)網(wǎng)絡(luò)需要至少四個(gè)eip風(fēng)機(jī)來形成網(wǎng)絡(luò)。每個(gè)eip風(fēng)機(jī)是網(wǎng)絡(luò)“節(jié)點(diǎn)”。四個(gè)節(jié)點(diǎn)的組在網(wǎng)絡(luò)上形成“集群”，以與本地地形直接關(guān)聯(lián)的方式組織。網(wǎng)絡(luò)連接是四面體的，具有從節(jié)點(diǎn)到節(jié)點(diǎn)的三個(gè)網(wǎng)絡(luò)路徑。集群形成群集組，包含更廣泛的地理區(qū)域。

5.2.2硬件緩存基于線路的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

eip網(wǎng)絡(luò)協(xié)議像硬件緩存一樣操作，其中位流中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)控制在節(jié)點(diǎn)級(jí)別的分組交換。流與嵌入的時(shí)間戳同步。所有參與節(jié)點(diǎn)遵循協(xié)議，由硬件強(qiáng)制。任何不合格的交易被忽略，如語音電話上的背景噪聲。

每個(gè)eip風(fēng)機(jī)將其當(dāng)前狀態(tài)廣播到網(wǎng)絡(luò)，然后監(jiān)聽共享相同電網(wǎng)連接的其他風(fēng)機(jī)。每個(gè)eip風(fēng)機(jī)根據(jù)其位置，通過來自地理信息系統(tǒng)(gis)的公共自然參考來校準(zhǔn)，從中創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)上的唯一標(biāo)識(shí)符。本質(zhì)上像任何自組織系統(tǒng)，附近的eip風(fēng)機(jī)組形成自發(fā)網(wǎng)絡(luò)，從中所有的派生用于本地功率管理的控制信號(hào)。這種自耦合電力網(wǎng)絡(luò)沒有集中尋址，提供了在廣域上的實(shí)時(shí)可再生電力條件的實(shí)時(shí)圖像，以及瞬時(shí)本地電力保護(hù)免于網(wǎng)絡(luò)范圍的中斷。電力網(wǎng)消除了由變壓器和長輸電線路引起的電網(wǎng)損耗，利用來自本地屋頂?shù)目稍偕茉椿厥諒U物。

網(wǎng)絡(luò)可以配置為總是以最大速度和數(shù)據(jù)吞吐量操作?？臻e時(shí)，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包含診斷測試模式，指示當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)和電力條件。一旦運(yùn)行，網(wǎng)絡(luò)可以配置為總是完全加載實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)等待用于發(fā)送命令和狀態(tài)的正確時(shí)隙，覆蓋現(xiàn)有數(shù)據(jù)而不中斷其他數(shù)據(jù)。

5.2.3供電商的專用通道

每個(gè)eip風(fēng)機(jī)的所有者可以訪問一插槽，用于使用相同私人通道的其他機(jī)器之間的網(wǎng)絡(luò)上的加密私人事務(wù)。私人通道服務(wù)可以由租賃eip風(fēng)機(jī)給客戶并且使用電力公司eip機(jī)用于能量吸收和凈計(jì)量的電力公司使用。所有eip機(jī)器以自發(fā)的方式組合以實(shí)現(xiàn)最大的能量生產(chǎn)，而私人監(jiān)控和計(jì)費(fèi)系統(tǒng)管理貨幣和統(tǒng)計(jì)操作。

5.3eip同步電力網(wǎng)

與太陽能電池板和燃料電池相結(jié)合，例如，使用eip風(fēng)機(jī)的屋頂風(fēng)場可以在任何大氣條件下(白天或晚上)產(chǎn)生100％的可再生能源。這是通過緩慢的慣性積累來實(shí)現(xiàn)的，該慣性在需要時(shí)快速釋放以幫助建立群集中的其他eip風(fēng)機(jī)中的慣性。隨著時(shí)間的推移，足夠的慣性累積以無限地為必要的負(fù)載供電，因?yàn)檫^量的慣性由“乒乓”效應(yīng)共享。

5.3.1鏈接用于廣域能量共享的eip自發(fā)網(wǎng)絡(luò)

鏈接在獨(dú)立電網(wǎng)段上操作時(shí)共享數(shù)據(jù)連接的eip自發(fā)網(wǎng)絡(luò)，從而在大型景觀上創(chuàng)建同步電力網(wǎng)。這解決了在高峰時(shí)間期間風(fēng)吹動(dòng)的問題，并且即使在平靜期間，必須存儲(chǔ)多余的能量用于高峰時(shí)間。通過每個(gè)自發(fā)網(wǎng)絡(luò)，eip風(fēng)機(jī)在電網(wǎng)段寬eip振蕩中共享過剩的能量，這提供了巨大的能量庫。

當(dāng)eip自發(fā)網(wǎng)絡(luò)鏈接形成電力網(wǎng)時(shí)，可以允許遠(yuǎn)程傳輸線之間的遠(yuǎn)程操作，因?yàn)閿_動(dòng)由高速數(shù)據(jù)鏈路中繼并預(yù)先補(bǔ)償。同步電力網(wǎng)作為電力濾波器、穩(wěn)定器和電池，用于從隨機(jī)可再生能源遠(yuǎn)程發(fā)電，而不需要靈活的熱電聯(lián)產(chǎn)，用于能量組合中的最大風(fēng)力。

5.4振蕩和分布式發(fā)電

當(dāng)多個(gè)發(fā)電源互連時(shí)，振蕩是常見的。發(fā)電機(jī)在負(fù)載變化下加速和減速，相互反饋功率浪涌和下降以產(chǎn)生寄生振蕩。作為主要設(shè)計(jì)特征，例如，eip技術(shù)將振蕩轉(zhuǎn)換為增強(qiáng)可再生能源的捕獲、存儲(chǔ)和傳送的資源。

eip機(jī)可以將發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子角度與功率輸送分離，允許轉(zhuǎn)子速度在“瞬態(tài)穩(wěn)定性”中波動(dòng)，其中轉(zhuǎn)子以允許振蕩的可變速度操作，通常是當(dāng)多個(gè)發(fā)電機(jī)連接失步時(shí)的災(zāi)難性故障模式。負(fù)載和資源的變化自然可以發(fā)生，而不傾銷多余的功率。電子逆變器傳送提供瞬時(shí)功率因子控制和校正的功率，其確定實(shí)際消耗的功率(電阻或有功功率)對(duì)傳輸和分配其所需的磁場(無功功率)的功率。

6示例性編程注意事項(xiàng)

本節(jié)規(guī)定了與eip機(jī)網(wǎng)絡(luò)的編程相關(guān)的信息，包括pmlsm參數(shù)和eip自發(fā)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。示例性eip編程環(huán)境可以考慮dc網(wǎng)絡(luò)和參數(shù)，自發(fā)網(wǎng)絡(luò)和高速緩存線結(jié)構(gòu)以及功率網(wǎng)高速緩存線。

6.1pmlsm參數(shù)編程

編程取決于制造商的規(guī)范；示例性的eip風(fēng)機(jī)可以利用allenbradleypowerflex40三相電機(jī)控制器。

6.2eip自發(fā)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

eip自發(fā)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，應(yīng)用于三相工業(yè)電機(jī)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)工具和技術(shù)，代表了eip自發(fā)網(wǎng)絡(luò)上的緩存線，每個(gè)eip風(fēng)機(jī)不斷更新當(dāng)前操作數(shù)據(jù)。eip數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(例如eip自發(fā)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu))可以包括時(shí)間戳、機(jī)器標(biāo)識(shí)符和操作模式。

本專利文件中描述的主題和功能操作的實(shí)施方式可以在各種系統(tǒng)、數(shù)字電子電路或者在計(jì)算機(jī)軟件、固件或硬件中實(shí)現(xiàn)，包括在本說明書中公開的結(jié)構(gòu)及其結(jié)構(gòu)等同物，或者它們中的一個(gè)或多個(gè)的組合。本說明書中描述的主題的實(shí)施方式可以實(shí)現(xiàn)為一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，即編碼在有形和非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上的計(jì)算機(jī)程序指令的一個(gè)或多個(gè)模塊，用于由數(shù)據(jù)處理裝置執(zhí)行或控制數(shù)據(jù)處理裝置的操作。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可以是機(jī)器可讀存儲(chǔ)設(shè)備，機(jī)器可讀存儲(chǔ)襯底，存儲(chǔ)器設(shè)備，影響機(jī)器可讀傳播信號(hào)的物質(zhì)組合，或它們中的一個(gè)或多個(gè)的組合。術(shù)語“數(shù)據(jù)處理裝置”包括用于處理數(shù)據(jù)的所有裝置、設(shè)備和機(jī)器，例如包括可編程處理器，計(jì)算機(jī)或多個(gè)處理器或計(jì)算機(jī)。除了硬件之外，裝置還可以包括為所討論的計(jì)算機(jī)程序創(chuàng)建執(zhí)行環(huán)境的代碼，例如構(gòu)成處理器固件，協(xié)議棧，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，操作系統(tǒng)或者它們的一個(gè)或多個(gè)的組合的代碼。

計(jì)算機(jī)程序(也稱為程序，軟件，軟件應(yīng)用，腳本或代碼)可以以任何形式的編程語言編寫，包括編譯或解釋語言，并且它可以以任何形式部署，包括作為獨(dú)立程序或作為適于在計(jì)算環(huán)境中使用的模塊，組件，子例程或其他單元。計(jì)算機(jī)程序不一定對(duì)應(yīng)于文件系統(tǒng)中的文件。程序可以存儲(chǔ)在保存其他程序或數(shù)據(jù)(例如，存儲(chǔ)在標(biāo)記語言文檔中的一個(gè)或多個(gè)腳本)的文件的一部分中，專用于所討論的程序的單個(gè)文件中，或多個(gè)協(xié)調(diào)文件中(例如，存儲(chǔ)一個(gè)或多個(gè)模塊，子程序或代碼部分的文件)。計(jì)算機(jī)程序可以被部署為在一個(gè)計(jì)算機(jī)上或在位于一個(gè)地點(diǎn)或分布在多個(gè)地點(diǎn)并由通信網(wǎng)絡(luò)互連的多個(gè)計(jì)算機(jī)上執(zhí)行。

本說明書中描述的過程和邏輯流程可以由執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)程序的一個(gè)或多個(gè)可編程處理器實(shí)現(xiàn)，以通過對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行操作并產(chǎn)生輸出來執(zhí)行功能。處理和邏輯流程也可以由專用邏輯電路(例如fpga(現(xiàn)場可編程門陣列)或asic(專用集成電路))來執(zhí)行，并且裝置也可以實(shí)現(xiàn)為專用邏輯電路。

適合于執(zhí)行計(jì)算機(jī)程序的處理器包括例如通用和專用微處理器二者以及任何種類的數(shù)字計(jì)算機(jī)的任何一個(gè)或多個(gè)處理器。通常，處理器將從只讀存儲(chǔ)器或隨機(jī)存取存儲(chǔ)器或二者接收指令和數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)的基本元件是用于執(zhí)行指令的處理器和用于存儲(chǔ)指令和數(shù)據(jù)的一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)器設(shè)備。通常，計(jì)算機(jī)還將包括用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的一個(gè)或多個(gè)大容量存儲(chǔ)設(shè)備，例如磁盤，磁光盤或光盤，或者可操作地聯(lián)接以從其接收數(shù)據(jù)或向其傳送數(shù)據(jù)，或二者。然而，計(jì)算機(jī)不需要具有這樣的設(shè)備。適合于存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)程序指令和數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)包括所有形式的非易失性存儲(chǔ)器，介質(zhì)和存儲(chǔ)器設(shè)備，例如包括半導(dǎo)體存儲(chǔ)器設(shè)備，例如eprom，eeprom和閃存設(shè)備。處理器和存儲(chǔ)器可以由專用邏輯電路補(bǔ)充或并入專用邏輯電路中。

示例

以下示例說明本技術(shù)的幾個(gè)實(shí)施例。本技術(shù)的其它示例性實(shí)施例可以在以下列出的示例之前或在以下列出的示例之后呈現(xiàn)。

在本技術(shù)的一個(gè)示例(示例1)中，用于將風(fēng)力轉(zhuǎn)換成電力的風(fēng)力發(fā)電機(jī)包括：支撐基座；電感器線圈，以圓形陣列固定在支撐基座上方的位置；環(huán)形環(huán)軌道，固定到基座支撐件且配置為提供圓形軌道，電感器線圈的圓形陣列圍繞所述圓形軌道定位；滾子，放置在環(huán)形環(huán)軌道的圓形軌道中，以在圓形軌道中滾動(dòng)，以圍繞環(huán)形環(huán)軌道移動(dòng)；環(huán)形環(huán)轉(zhuǎn)子，放置在環(huán)形環(huán)軌道上并且接合到環(huán)形環(huán)軌道的圓形軌道中的滾子，使得環(huán)形環(huán)轉(zhuǎn)子可通過滾子在圓形軌道中的滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)的操作而相對(duì)于環(huán)形環(huán)軌道旋轉(zhuǎn)而在環(huán)形環(huán)轉(zhuǎn)子的中心沒有用于旋轉(zhuǎn)環(huán)形環(huán)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸，環(huán)形環(huán)轉(zhuǎn)子構(gòu)造為包括在環(huán)形環(huán)轉(zhuǎn)子的外周邊上彼此均勻間隔開的單獨(dú)的磁體，以當(dāng)環(huán)形環(huán)轉(zhuǎn)子相對(duì)于環(huán)形環(huán)軌道旋轉(zhuǎn)時(shí)，移動(dòng)通過電感器線圈的圓環(huán)陣列，使得磁體和電感器線圈之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致在電感器線圈中產(chǎn)生電流；以及圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子組件，位于環(huán)形環(huán)轉(zhuǎn)子上方并固定到環(huán)形環(huán)轉(zhuǎn)子上，以形成與環(huán)形環(huán)轉(zhuǎn)子相對(duì)于環(huán)形環(huán)軌道旋轉(zhuǎn)的統(tǒng)一組件，圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子組件構(gòu)造為包括彼此間隔開并圍繞圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子組件布置成圓形的風(fēng)偏轉(zhuǎn)葉片，以形成中空的中心圓柱形內(nèi)部空間，用于容納由風(fēng)偏轉(zhuǎn)葉片偏轉(zhuǎn)所接收的風(fēng)而形成的風(fēng)渦流，以將從任何方向所接收的風(fēng)轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一組件相對(duì)于環(huán)形環(huán)軌道的旋轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電感器線圈中的電流。

示例2包括如示例1中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，還包括相對(duì)于支撐基座和環(huán)形環(huán)軌道固定在適當(dāng)位置的圓柱形風(fēng)定子組件，圓柱形風(fēng)定子組件包括以在圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子組件外部并且包圍圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子組件的圓形布置的定子風(fēng)接收翼片，定子風(fēng)接收翼片被構(gòu)造為將從任何方向接收的風(fēng)向內(nèi)并朝向圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子組件的風(fēng)偏轉(zhuǎn)葉片引導(dǎo)，其中定子風(fēng)接收翼片和風(fēng)偏轉(zhuǎn)葉片被構(gòu)造為共同地且有效地將接收的風(fēng)轉(zhuǎn)換成圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子組件的旋轉(zhuǎn)。

示例3包括如示例2中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其中每個(gè)定子風(fēng)接收翼片包括具有彎曲外邊緣作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)與接收的風(fēng)的第一界面的管或桿。

示例4包括如示例2中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其中每個(gè)定子風(fēng)接收翼片包括翼片部分，其相對(duì)于圓柱形風(fēng)定子組件的徑向方向傾斜定向，并且被構(gòu)造為接收風(fēng)并將其引導(dǎo)到圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子組件的風(fēng)偏轉(zhuǎn)葉片中。

示例5包括如示例4中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其中翼片部分相對(duì)于圓柱形風(fēng)定子組件的徑向方向以45度傾斜定向。

示例6包括如示例2中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其中每個(gè)定子風(fēng)接收翼片包括由金屬或金屬合金形成的翼片部分。

示例7包括如示例2中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其中每個(gè)定子風(fēng)接收翼片包括鋁翼片部分。

示例8包括如示例2中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其中圓柱形風(fēng)定子組件的定子風(fēng)接收翼片和圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子組件的風(fēng)偏轉(zhuǎn)葉片配置為使得圓柱形風(fēng)定子組件的徑向尺寸、圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子組件的徑向尺寸、在圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子組件的中心的中空中心圓柱形內(nèi)部空間的半徑基本上相同。

示例9包括如示例2中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其中圓柱形風(fēng)定子組件具有比圓柱形風(fēng)定子組件沿著圓柱形風(fēng)定子組件的圓柱軸線的長度大的外徑。

示例10包括如示例2中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其中圓柱形風(fēng)定子組件的定子風(fēng)接收翼片的數(shù)量大于圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子組件的風(fēng)偏轉(zhuǎn)葉片的數(shù)量。

示例11包括如示例2中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其中圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子組件的每個(gè)風(fēng)偏轉(zhuǎn)葉片包括彎曲的葉片部分；并且圓柱形風(fēng)定子組件的定子風(fēng)接收翼片相對(duì)于圓柱形風(fēng)定子組件的相應(yīng)徑向方向傾斜定向，以將接收的風(fēng)引向每個(gè)風(fēng)偏轉(zhuǎn)葉片的彎曲葉片部分的凹側(cè)。

示例12包括如示例1中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其中每個(gè)風(fēng)偏轉(zhuǎn)葉片包括彎曲葉片部分，以將接收的風(fēng)偏轉(zhuǎn)成在圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子組件的中空中心區(qū)域內(nèi)的風(fēng)渦流。

示例13包括如示例12中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其中每個(gè)風(fēng)偏轉(zhuǎn)葉片中的彎曲葉片部分具有圓柱體的一部分的幾何形狀。

示例14包括如示例12中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其中每個(gè)風(fēng)偏轉(zhuǎn)葉片中的彎曲葉片部分包括圓柱體的三分之一的幾何形狀。

示例15包括如示例1中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其中電感器線圈的圓形陣列中的電感器線圈彼此獨(dú)立，以獨(dú)立地產(chǎn)生由環(huán)形環(huán)轉(zhuǎn)子的外周邊上的磁體相對(duì)于電感器線圈的圓形陣列的電感器線圈的相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起的相應(yīng)電流，使得一個(gè)電感器線圈中的故障不會(huì)破壞另一電感器線圈中的電流產(chǎn)生。

示例16包括如示例1中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其中電感器線圈的圓形陣列中的電感器線圈被配置為獨(dú)立的電感器模塊，其彼此獨(dú)立地操作，并且每個(gè)電感器模塊包括(1)三個(gè)相鄰的電感器線圈，其彼此連接以形成3相電感器模塊，使得三個(gè)相鄰的電感器線圈的相位被周期的三分之一分隔，以共同地產(chǎn)生ac輸出電流，其來自分別由所述三個(gè)相鄰電感器線圈產(chǎn)生的三個(gè)電流，以及(2)整流器電路，其被聯(lián)接以接收ac輸出電流并產(chǎn)生dc輸出電壓。

示例17包括如示例16中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其中電感器模塊的整流器電路包括由六個(gè)二極管形成的三相二極管橋式整流器電路。

示例18包括如示例1中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其中電感器線圈的圓形陣列中的電感器線圈被配置為獨(dú)立的電感器模塊，其彼此獨(dú)立地操作，每個(gè)電感器模塊包括(1)三個(gè)相鄰的電感器線圈，其彼此連接以形成3相電感器模塊，使得三個(gè)相鄰的電感器線圈的相位被周期的三分之一分隔，以共同地產(chǎn)生ac輸出電流，其來自分別由所述三個(gè)相鄰電感器線圈產(chǎn)生的三個(gè)電流，以及(2)整流器電路，其被聯(lián)接以接收ac輸出電流并產(chǎn)生dc輸出電壓；并且電感器模塊被配置為獨(dú)立的電感器模塊組，其中每個(gè)電感器模塊組包括3個(gè)或更多個(gè)電感器模塊，每個(gè)電感器模塊組內(nèi)的電感器模塊被聯(lián)接以產(chǎn)生電感器模塊組輸出，并且不同的電感器模塊組被分離并彼此獨(dú)立地操作。

示例19包括如示例18中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其中每個(gè)電感器模塊組包括：電感器模塊組中的選擇的電感器模塊中的模式切換電路，并且聯(lián)接到所選擇的電感器模塊的整流器電路以使整流器電路去激活，以允許所選擇的電感器模塊以ac模式操作以產(chǎn)生ac輸出，或激活整流器電路，以允許選擇的電感器模塊以dc模式操作以產(chǎn)生dc輸出；以及控制電路，其聯(lián)接到模式切換電路，以控制模式切換電路在ac模式和dc模式之間切換所選擇的電感器模塊的操作。

示例20包括如示例19中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其中每個(gè)電感器模塊組包括聯(lián)接在電感器模塊組中的所選擇的電感器模塊中的感測電路，其基于所選擇的電感器模塊內(nèi)的電感器線圈中的電流的定時(shí)和幅度感測圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子組件的旋轉(zhuǎn)狀況，并且基于所感測的旋轉(zhuǎn)狀況，控制電路被配置為響應(yīng)于所接收到的風(fēng)況來控制所選擇的電感器模塊的ac模式操作，以加速或減速圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子組件的旋轉(zhuǎn)，使得圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子組件隨著接收的風(fēng)況動(dòng)態(tài)地變化，以最大化將接收的風(fēng)力轉(zhuǎn)換成電力的效率。

示例21包括如示例20中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其中控制電路包括數(shù)字信號(hào)處理器，其用軟件編程，以基于從感測電路感測到的旋轉(zhuǎn)狀況來控制電感器模塊組中所選擇的電感器模塊的ac和dc操作模式。

示例22包括如示例20中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其中控制電路被配置為控制所選擇的電感器模塊內(nèi)的電感器線圈，以使圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子組件的旋轉(zhuǎn)處于滑行模式，其在給定的接收風(fēng)況保持圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子組件的旋轉(zhuǎn)的恒定速度，并且產(chǎn)生風(fēng)力發(fā)電機(jī)的dc輸出；電動(dòng)模式，其在減小風(fēng)力發(fā)電機(jī)的dc輸出的同時(shí)加速圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子組件的旋轉(zhuǎn)；或發(fā)電模式，其在增加風(fēng)力發(fā)電機(jī)的dc輸出的同時(shí)減慢圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子組件的旋轉(zhuǎn)。

示例23包括如示例20中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其中控制電路被配置為基于從感測電路感測到的旋轉(zhuǎn)狀況來控制所選擇的電感器模塊在滑行模式、電動(dòng)模式或發(fā)電模式中的一個(gè)中操作或切換到滑行模式、電動(dòng)模式或發(fā)電模式中的一個(gè)，以將風(fēng)力發(fā)電機(jī)的操作動(dòng)態(tài)地同步到接收的風(fēng)況以及從風(fēng)力發(fā)電機(jī)汲取電力的負(fù)載條件。

示例24包括如示例20中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其中每個(gè)電感器線圈包括第一半電感器線圈部分，其包括第一磁芯和纏繞在第一磁芯周圍的第一導(dǎo)線線圈；以及第二半電感器線圈部分，其包括第二磁芯和纏繞在第二磁芯周圍的第二導(dǎo)線線圈，并且第一和第二半電感器線圈部分位于環(huán)形環(huán)轉(zhuǎn)子的外周邊中的磁體旋轉(zhuǎn)的平面的相對(duì)側(cè)，以將磁體定位在第一和第二半電感器線圈部分之間。

示例25包括如示例24中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其中第一和第二半電感器線圈部分中的每一個(gè)包括c形磁芯，其具有與環(huán)形環(huán)轉(zhuǎn)子的外周邊中的磁體交界的兩個(gè)末端，并且環(huán)形環(huán)轉(zhuǎn)子的外周邊中的兩個(gè)相鄰磁體相對(duì)于彼此處于相反的磁性取向。

示例26包括如示例25中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其中c形磁芯被配置為具有兩個(gè)末端，兩個(gè)末端通過在環(huán)形環(huán)轉(zhuǎn)子的外周邊中的兩個(gè)相鄰磁體的間隔而彼此間隔開。

在本技術(shù)的一個(gè)示例(示例27)中，用于將風(fēng)力轉(zhuǎn)換成電力的風(fēng)力發(fā)電機(jī)包括：支撐基座；電感器定子組件，其固定到支撐基座并且包括固定在適當(dāng)位置以形成圓形陣列的電感器線圈，每個(gè)電感器線圈包括第一半電感器線圈部分和第二半電感器線圈部分，所述第一半電感器線圈部分包括第一磁芯和纏繞在第一磁芯周圍的第一導(dǎo)線線圈，所述第二半電感器線圈部分包括第二磁芯和纏繞在第二磁芯周圍的第二導(dǎo)線線圈，其中，第一和第二半電感器線圈部分彼此相鄰定位，以在其間形成間隙；電感器轉(zhuǎn)子組件，其包括環(huán)形環(huán)和彼此均勻間隔開的單獨(dú)的磁體，以在環(huán)形環(huán)的外周邊上形成磁環(huán)，并且被配置為將磁體定位在電感器線圈的圓形陣列的間隙之間，電感器轉(zhuǎn)子組件構(gòu)造為相對(duì)于電感器定子組件旋轉(zhuǎn)，使得磁體和電感器線圈之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致在電感器線圈中產(chǎn)生電流；圓柱形風(fēng)定子組件，其相對(duì)于電感器定子組件固定到適當(dāng)位置，并且包括布置成圓形的定子風(fēng)接收葉片，以形成中空?qǐng)A柱形內(nèi)部，其中定位電感器定子組件和電感器轉(zhuǎn)子組件，定子風(fēng)接收翼片構(gòu)造為引導(dǎo)接收和引導(dǎo)從任何方向的風(fēng)從圓柱形風(fēng)定子組件的徑向方向以傾斜方向進(jìn)入中空?qǐng)A柱形內(nèi)部；以及圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子組件，包封在圓柱形風(fēng)定子組件的中空?qǐng)A柱形內(nèi)部內(nèi)，并且在適當(dāng)位置固定到電感器轉(zhuǎn)子組件作為統(tǒng)一組件，以與環(huán)形環(huán)上的磁環(huán)一起相對(duì)于圓柱形風(fēng)定子組件旋轉(zhuǎn)，圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子組件構(gòu)造為包括風(fēng)偏轉(zhuǎn)葉片，所述風(fēng)偏轉(zhuǎn)葉片彼此間隔開并且布置成圓形，以形成中空的中心圓柱形內(nèi)部空間，用于容納由風(fēng)偏轉(zhuǎn)葉片偏轉(zhuǎn)所接收的風(fēng)而形成的風(fēng)渦流，其中定子風(fēng)接收翼片和風(fēng)偏轉(zhuǎn)葉片構(gòu)造為共同且有效地引導(dǎo)接收的風(fēng)，以導(dǎo)致圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子組件的旋轉(zhuǎn)，用于將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成電感器線圈中的電流。

示例28包括如示例27中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其中每個(gè)定子風(fēng)接收翼片包括具有彎曲外邊緣作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)與接收的風(fēng)的第一界面的管或桿。

示例29包括如示例27中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其中每個(gè)定子風(fēng)接收翼片包括翼片部分，其相對(duì)于圓柱形風(fēng)定子組件的徑向方向傾斜定向，并且被構(gòu)造為接收風(fēng)并將其引導(dǎo)到圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子組件的風(fēng)偏轉(zhuǎn)葉片中。

示例30包括如示例29中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其中翼片部分相對(duì)于圓柱形風(fēng)定子組件的徑向方向以45度傾斜定向。

示例31包括如示例27中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其中每個(gè)定子風(fēng)接收翼片包括由金屬或金屬合金形成的翼片部分。

示例32包括如示例27中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其中每個(gè)定子風(fēng)接收翼片包括鋁翼片部分。

示例33包括如示例27中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其中圓柱形風(fēng)定子組件的定子風(fēng)接收翼片和圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子組件的風(fēng)偏轉(zhuǎn)葉片配置為使得圓柱形風(fēng)定子組件的徑向尺寸、圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子組件的徑向尺寸、在圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子組件的中心的中空中心圓柱形內(nèi)部空間的半徑基本上相同。

示例34包括如示例27中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其中圓柱形風(fēng)定子組件具有比圓柱形風(fēng)定子組件沿著圓柱形風(fēng)定子組件的圓柱軸線的長度大的外徑。

示例35包括如示例27中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其中圓柱形風(fēng)定子組件的定子風(fēng)接收翼片的數(shù)量大于圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子組件的風(fēng)偏轉(zhuǎn)葉片。

示例36包括如示例27中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其中圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子組件的每個(gè)風(fēng)偏轉(zhuǎn)葉片包括彎曲的葉片部分；并且圓柱形風(fēng)定子組件的定子風(fēng)接收翼片相對(duì)于圓柱形風(fēng)定子組件的相應(yīng)徑向方向傾斜定向，以將接收的風(fēng)引向每個(gè)風(fēng)偏轉(zhuǎn)葉片的彎曲葉片部分的凹側(cè)。

示例37包括如示例27中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其中每個(gè)風(fēng)偏轉(zhuǎn)葉片包括彎曲葉片部分，以將接收的風(fēng)偏轉(zhuǎn)成在圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子組件的中空中心區(qū)域內(nèi)的風(fēng)渦流。

示例38包括如示例37中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其中每個(gè)風(fēng)偏轉(zhuǎn)葉片中的彎曲葉片部分具有圓柱體的一部分的幾何形狀。

示例39包括如示例37中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其中每個(gè)風(fēng)偏轉(zhuǎn)葉片中的彎曲葉片部分包括圓柱體的三分之一的幾何形狀。

示例40包括如示例37中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其中電感器線圈的圓形陣列中的電感器線圈彼此獨(dú)立，以獨(dú)立地產(chǎn)生由環(huán)形環(huán)的外周邊上的磁體相對(duì)于電感器線圈的圓形陣列的電感器線圈的相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起的相應(yīng)電流，使得一個(gè)電感器線圈中的故障不會(huì)破壞另一電感器線圈中的電流產(chǎn)生。

示例41包括如示例37中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其中電感器線圈的圓形陣列中的電感器線圈被配置為獨(dú)立的電感器模塊，其彼此獨(dú)立地操作，并且每個(gè)電感器模塊包括(1)三個(gè)相鄰的電感器線圈，其彼此連接以形成3相電感器模塊，使得三個(gè)相鄰的電感器線圈的相位被周期的三分之一分隔，以共同地產(chǎn)生ac輸出電流，其來自分別由所述三個(gè)相鄰電感器線圈產(chǎn)生的三個(gè)電流，以及(2)整流器電路，其被聯(lián)接以接收ac輸出電流并產(chǎn)生dc輸出電壓。

示例42包括如示例41中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其中電感器模塊的整流器電路包括由六個(gè)二極管形成的三相二極管橋式整流器電路。

示例43包括如示例27中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其中電感器線圈的圓形陣列中的電感器線圈被配置為獨(dú)立的電感器模塊，其彼此獨(dú)立地操作，每個(gè)電感器模塊包括(1)三個(gè)相鄰的電感器線圈，其彼此連接以形成3相電感器模塊，使得三個(gè)相鄰的電感器線圈的相位被周期的三分之一分隔，以共同地產(chǎn)生ac輸出電流，其來自分別由所述三個(gè)相鄰電感器線圈產(chǎn)生的三個(gè)電流，以及(2)整流器電路，其被聯(lián)接以接收ac輸出電流并產(chǎn)生dc輸出電壓；并且電感器模塊被配置為獨(dú)立的電感器模塊組，其中每個(gè)電感器模塊組包括3個(gè)或更多個(gè)電感器模塊，每個(gè)電感器模塊組內(nèi)的電感器模塊被聯(lián)接以產(chǎn)生電感器模塊組輸出，并且不同的電感器模塊組被分離并彼此獨(dú)立地操作。

示例44包括如示例43中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其中每個(gè)電感器模塊組包括：電感器模塊組中的選擇的電感器模塊中的模式切換電路，并且聯(lián)接到所選擇的電感器模塊的整流器電路以使整流器電路去激活，以允許所選擇的電感器模塊以ac模式操作以產(chǎn)生ac輸出，或激活整流器電路，以允許選擇的電感器模塊以dc模式操作以產(chǎn)生dc輸出；以及控制電路，其聯(lián)接到模式切換電路，以控制模式切換電路在ac模式和dc模式之間切換所選擇的電感器模塊的操作。

示例45包括如示例44中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其中每個(gè)電感器模塊組包括聯(lián)接在電感器模塊組中的所選擇的電感器模塊中的感測電路，其基于所選擇的電感器模塊內(nèi)的電感器線圈中的電流的定時(shí)和幅度感測圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子組件的旋轉(zhuǎn)狀況，并且基于所感測的旋轉(zhuǎn)狀況，控制電路被配置為響應(yīng)于所接收到的風(fēng)況來控制所選擇的電感器模塊的ac模式操作，以加速或減速圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子組件的旋轉(zhuǎn)，使得圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子組件隨著接收的風(fēng)況動(dòng)態(tài)地變化，以最大化將接收的風(fēng)力轉(zhuǎn)換成電力的效率。

示例46包括如示例45中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其中控制電路包括數(shù)字信號(hào)處理器，其用軟件編程，以基于從感測電路感測到的旋轉(zhuǎn)狀況來控制電感器模塊組中所選擇的電感器模塊的ac和dc操作模式。

示例47包括如示例45中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其中控制電路被配置為控制所選擇的電感器模塊內(nèi)的電感器線圈，以使圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子組件的旋轉(zhuǎn)處于滑行模式，其在給定的接收風(fēng)況保持圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子組件的旋轉(zhuǎn)的恒定速度，并且產(chǎn)生風(fēng)力發(fā)電機(jī)的dc輸出；電動(dòng)模式，其在減小風(fēng)力發(fā)電機(jī)的dc輸出的同時(shí)加速圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子組件的旋轉(zhuǎn)；或發(fā)電模式，其在增加風(fēng)力發(fā)電機(jī)的dc輸出的同時(shí)減慢圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子組件的旋轉(zhuǎn)。

示例48包括如示例45中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其中控制電路被配置為基于從感測電路感測到的旋轉(zhuǎn)狀況來控制所選擇的電感器模塊在滑行模式、電動(dòng)模式或發(fā)電模式中的一個(gè)中操作或切換到滑行模式、電動(dòng)模式或發(fā)電模式中的一個(gè)，以將風(fēng)力發(fā)電機(jī)的操作動(dòng)態(tài)地同步到接收的風(fēng)況以及從風(fēng)力發(fā)電機(jī)汲取電力的負(fù)載條件。

示例49包括如示例45中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其中每個(gè)電感器線圈包括第一半電感器線圈部分，其包括第一磁芯和纏繞在第一磁芯周圍的第一導(dǎo)線線圈；以及第二半電感器線圈部分，其包括第二磁芯和纏繞在第二磁芯周圍的第二導(dǎo)線線圈，并且第一和第二半電感器線圈部分位于環(huán)形環(huán)轉(zhuǎn)子的外周邊中的磁體旋轉(zhuǎn)的平面的相對(duì)側(cè)，以將磁體定位在第一和第二半電感器線圈部分之間。

示例50包括如示例49中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其中第一和第二半電感器線圈部分中的每一個(gè)包括c形磁芯，其具有與環(huán)形環(huán)轉(zhuǎn)子的外周邊中的磁體交界的兩個(gè)末端，并且環(huán)形環(huán)轉(zhuǎn)子的外周邊中的兩個(gè)相鄰磁體相對(duì)于彼此處于相反的磁性取向。

示例51包括如示例50中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其中c形磁芯被配置為具有兩個(gè)末端，兩個(gè)末端通過在環(huán)形環(huán)轉(zhuǎn)子的外周邊中的兩個(gè)相鄰磁體的間隔而彼此間隔開。

在本技術(shù)的一個(gè)示例(示例52)中，用于從風(fēng)發(fā)電的方法包括將如示例1或示例27中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)放置在建筑物的屋頂上以接收風(fēng)，以導(dǎo)致圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子組件旋轉(zhuǎn)，使得圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子組件的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致電感器轉(zhuǎn)子組件旋轉(zhuǎn)，以在電感器線圈中產(chǎn)生電流。

示例53包括如示例52中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，還包括以空間格局將如權(quán)利要求27所述的多個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)彼此緊密地放置，以使用來自風(fēng)力發(fā)電機(jī)的空氣流和屋頂上的局部風(fēng)的相互作用來操作多個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)作為用于產(chǎn)生電力的風(fēng)力發(fā)電機(jī)網(wǎng)絡(luò)。

示例54包括如示例53中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，還包括操作多個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)以進(jìn)一步利用由屋頂上的熱對(duì)流引起的屋頂上的空氣流來發(fā)電。

示例55包括如示例53中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，還包括在屋頂上提供一個(gè)或多個(gè)太陽能電池板以將光轉(zhuǎn)換成電；將一個(gè)或多個(gè)太陽能電池板聯(lián)接到多個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，以允許在屋頂上的局部風(fēng)平靜時(shí)，多個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)使用來自一個(gè)或多個(gè)太陽能電池板的電力，以保持多個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子組件的低速旋轉(zhuǎn)，并且以風(fēng)轉(zhuǎn)子組件的旋轉(zhuǎn)的形式存儲(chǔ)太陽能產(chǎn)生的電力，而不使用一個(gè)或多個(gè)電池用于能量存儲(chǔ)；以及操作多個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)和一個(gè)或多個(gè)太陽能電池板以將屋頂上的本地光和風(fēng)轉(zhuǎn)換成電力。

示例56包括如示例55中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，還包括監(jiān)控每個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)處的局部風(fēng)況；以及基于監(jiān)控的局部風(fēng)況，控制每個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，以使圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子組件的旋轉(zhuǎn)處于滑行模式，其在給定的接收風(fēng)況保持圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子組件的旋轉(zhuǎn)的恒定速度，并且產(chǎn)生風(fēng)力發(fā)電機(jī)的dc輸出；電動(dòng)模式，其在減小風(fēng)力發(fā)電機(jī)的dc輸出的同時(shí)加速圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子組件的旋轉(zhuǎn)；或發(fā)電模式，其在增加風(fēng)力發(fā)電機(jī)的dc輸出的同時(shí)減慢圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子組件的旋轉(zhuǎn)。

示例57包括如示例52中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，包括在由風(fēng)定子組件和風(fēng)轉(zhuǎn)子組件引導(dǎo)的氣流的路徑中放置在每個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)中產(chǎn)生熱量的電路元件，以冷卻電路元件。

示例58包括如示例52中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，包括使用環(huán)形軌道和在環(huán)形軌道內(nèi)部的滾子，以支撐圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子組件和電感器轉(zhuǎn)子組件，以使圓柱形風(fēng)轉(zhuǎn)子組件和電感器轉(zhuǎn)子組件旋轉(zhuǎn)，而不具有旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)軸。

示例59包括如示例52中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，包括將多個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)彼此鏈接，以使得能夠?qū)囊粋€(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電力傳送到另一個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，以用于以接收風(fēng)力發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)的形式存儲(chǔ)，以實(shí)現(xiàn)能量存儲(chǔ)。

示例60包括如示例52中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，包括彼此獨(dú)立地操作電感器線圈的圓形陣列中的電感器線圈，以獨(dú)立地產(chǎn)生由環(huán)形環(huán)的外周邊上的磁體相對(duì)于電感器線圈的圓形陣列的電感器線圈的相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起的相應(yīng)電流，使得一個(gè)電感器線圈中的故障不會(huì)破壞另一電感器線圈中的電流產(chǎn)生。

雖然本專利文件包含許多細(xì)節(jié)，但是這些不應(yīng)被解釋為對(duì)任何發(fā)明或要求保護(hù)的范圍的限制，而是被解釋為可以是特定發(fā)明的特定實(shí)施例特有的特征的描述。在本專利文件中在單獨(dú)實(shí)施例的上下文中描述的某些特征也可以在單個(gè)實(shí)施例中組合實(shí)現(xiàn)。相反，在單個(gè)實(shí)施例的上下文中描述的各種特征也可以在多個(gè)實(shí)施例中單獨(dú)地或以任何合適的子組合來實(shí)現(xiàn)。此外，雖然特征可以在上面被描述為在某些組合中起作用并且甚至最初如此要求保護(hù)，但是來自所要求保護(hù)的組合的一個(gè)或多個(gè)特征在一些情況下可以從組合中刪除，并且所要求保護(hù)的組合可以針對(duì)子組合或變型。

類似地，雖然在附圖中以特定順序描述操作，但是這不應(yīng)被理解為要求這些操作以所示的特定順序或以順序次序執(zhí)行，或者所有所示出的操作被執(zhí)行，以實(shí)現(xiàn)期望的結(jié)果。此外，在本專利文件中描述的實(shí)施例中的各種系統(tǒng)組件的分離不應(yīng)被理解為在所有實(shí)施例中需要這樣的分離。

僅描述了幾個(gè)實(shí)施方式和示例，并且其它實(shí)施方式、增強(qiáng)和變型可以基于本專利文件中描述和示出的實(shí)現(xiàn)。